Ритмоинотропные явления в миокарде суслика как отражение состояния кальциевого гомеостаза. Роль температуры и β-адренергической стимуляции

Аверин, Алексей Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Ритмоинотропные явления в миокарде суслика как отражение состояния кальциевого гомеостаза. Роль температуры и β-адренергической стимуляции
ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Ритмоинотропные явления в миокарде суслика как отражение состояния кальциевого гомеостаза. Роль температуры и β-адренергической стимуляции"

005001731

Аверин Алексей Сергеевич

Ритмоинотропные явления в миокарде суслика как отражение состояния кальциевого гомеостаза. Роль температуры и 15-адренергической стимуляции.

03.01.02 - биофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 О НОЯ 2011

Пущино 2011 г.

005001731

Работа выполнена в Лаборатории механизмов природных гипометаболических состояний Учреждения Российской академии наук Института биофизики клетки РАН

Научный руководитель:

кандидат биологических наук Накипова Ольга Васильевна

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор биологических наук, профессор,

Чемерис Николай Константинович

кандидат физико-математических наук, Кокоз Юрий Моисеевич

Учреждение Российской акдемии наук Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, Екатеринбург

Защита диссертации состоит«!^ ¡лМи&Г^2011 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совет^Д 002.093.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физ.-мат. наук

«21» октября 2011 г.

СС1С

ЛанинаН.Ф.

" !

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Известно, что большинство патологий сердца сопряжены с перегрузкой клеток по кальцию, связанной с изменением активности различных кальцийтранспортирующих систем (обзоры Bers, 2001; Berridge et al., 2003; Lehnart et al., 2009; Eisner et al., 2010). Зависимость силы сокращения от частоты стимуляции (ритмоинотропные отношения) (Bowditch, 1871) представляет собой важный инотропный механизм в сердце большинства видов животных и человека и удобную модель для изучения особенностей кальциевого гомеостаза (Reviews of Koch-Weser, 1963; Endoh, 2004; Janssen 2010; Monasky et al., 2011). Известно, что характер ритмоинотропии зависит от вида и возраста животных, типа миокардиальной ткани, трансформируется при изменениях температуры и в условиях патологий (Мархасин и соавт, 1994, Соловьева и соавт., 1999; Somura et al, 2001, Pieske et al., 1996, 2005). У большинства высших теплокровных животных и человека зависимость «частота-сила» (ЧС) является положительной (увеличение частоты стимуляции вызывает рост силы сокращения). Исключение составляют сердца крыс и мышей, имеющие двухфазный характер зависимости ЧС отрицательный в области низких частот стимуляции и положительный - в области частот стимуляции свыше 1.0 Гц. Согласно общепринятой точ^е зрения, типы ритмоинотропии определяются соотношением вклада внеклеточных (Са2+-каналы L-типа, Ыа+/Са2+-обменник) и внутриклеточных (саркоплазматический ретикулум) источников кальция в активацию сокращения. Особый интерес представляют в этой связи зимоспящие животные (гибернаторы), в сердце которых это соотношение обратимо меняется при изменении их функционального состояния на протяжении годового цикла (Johansson, 1996; Alekseev et al., 1996; Kokoz et al., 2000; Wang and Zhou, 2002; Yatani 2004; Dibb et al, 2005; Li et al., 2011). Данные литературы (Kondo and Shibata, 1984; Charnock et al., 1983; Zhou et al., 1987) и результаты наших собственных исследований (Накипова и соавт., 2000; Андреева и соавт., 2001; Чумаева, 2004; Nakipova et al., 2007) свидетельствуют о том, что в сердце гибернаторов характер ритмоинотропной зависимости меняется в соответствии с сезонными изменениями кальциевого гомеостаза. Однако картина направленности этих изменений далека от ясности. Известно, что сердце зимоспящих также обладает удивительной способностью к циклическому изменению уровня метаболизма, активности симпато-адреналовой системы и гормонального статуса, являющихся компонентами системы эндогенной регуляции (Kolaeva, 1964; Слоним, 1979; Колаева, 1979; 1993; Nürnberger, 1995, обзоры Carey et al., 2003; Gaiser, 2004; Storey, 2010; Epperson et al., 2011).

Изучение принципов адаптационной стратегии губернаторов, основанных на координированном изменении кальциевого гомеостаза и нейрогормонального контроля при смене функционального состояния животных, становится все более актуальной проблемой современной кардиологии. В предшествующих исследованиях лаборатории было впервые обнаружено существование 2 типов ритмоинотропии в папиллярных мышцах активных сусликов летнего периода, различающихся чувствительностью к инсулину (Чумаева, 2004; Накипова и соавт., 2002, 2006).

Цель работы:

Целью данной работы является выяснение особенностей ритмоинотропных явлений н механизмов их регуляции в сердце сусликов в течение годового цикла жизни животных

Задачи исследования:

1. Изучить особенности изменений ритмоинотропных характеристик папиллярных мышц сердца суслика при смене сезонов активности животных и в динамике зимней спячки.

2. Оценить роль в наблюдаемых изменениях различных источников кальция (внеклеточного и внутриклеточного).

3. Исследовать влияние температуры и р-адренергической стимуляции на характер ритмоинотропной зависимости в сердце суслика.

Научная новизна работы. Проведено исследование особенностей ритмоинотропных характеристик сердца зимоспящих животных при изменении их функционального состояния на протяжении годового цикла в широком диапазоне частоты стимуляции (от 0.1 до 6.0 Гц), температуры (от 37°С до 5°С) и уровня внеклеточного Са2+ (от 3.6 до 0.18 мМ). Впервые получены данные об особенностях ритмоинотропных явлений в процессе вхождения в спячку и пробуждения. Вьивлено существование двух типов ритмоинотропии в сердце суслика: отрицательный и двухфазный. Впервые среди активных летних животных выявлена группа сусликов, которые по характеру ритмоинотропии сходны со спящими. Показано, что папиллярные мышцы с разными ритмоинотропными характеристиками различаются по реакции на изменение концентрации внеклеточного кальция, охлаждение и Р адренергическую стимуляцию.

о механизмах регуляции сократительной функции сердца. Анализ ритмоинотропных явлений в сердце суслика открывает пути для использования его в качестве природной модели при поиске путей повышения устойчивости миокарда человека в условиях действия гипоксии, ишемии и глубокой гипотермии и методов коррекции патологических состояний миокарда.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на конференциях: «10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых. Биология - наука XXI века» (Пущино, 2006); «X Всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей» (С-Петербург, 2007); «XX съезд физиологического общества имени И. П. Павлова» (Москва, 2007); «VIII международный конгресс «Здоровье и образование - XXI век. Современные концепции болезней цивилизации»», (Москва, 2007); «Биологическая подвижность» (Пущино, 2010).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 15 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, 3 - в сборниках трудов и 8 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы.

Текст диссертации изложен на _ страницах, проиллюстрирован

_рисунками и_таблицами. Список литературы содержит_

цитируемых источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования.

Исследования выполнены на папиллярной мышце (ПМ) правого желудочка сердца сусликов Spermophilus undulatus. Для сравнения использовали ПМ сердца крыс Wistar. Опыты на сусликах проводили: а) в активный летний период (июнь-июль); 6) в период подготовки к спячке (октябрь-ноябрь); в) в сезон зимней спячки (декабрь-февраль), состоящий из повторяющихся баутов, которые включают в себя:

1. вход в оцепенение (падение частоты сердечных сокращений (ЧСС) от 200-150 до 6-8 уд/мин, снижение температуры тела животных до 5-6°С);

2. состояние спячки (3-5 уд/мин, 4-6°С в середине баута спячки);

3. пробуждение (повышение ЧСС до 350-400 уд/мин в фазе повышенного термогенеза, при 33°С суслики открывают глаза);

4. активность между баутами спячки (ЧСС 150-200 уд/мин, 14-18 часов).

Эксперименты проводились в соответствии с требованиями Европейской конвенции по защите животных, 1986,86/609/ЕЕС.

Выделение папиллярных мышц (ПМ), стимуляцию и измерение силы сокращения проводили по ранее описанной методике (Накипова и соавт,

2000). Поперечное сечение ПМ составляло 0,8±0,07мм2. Изолированные препараты ПМ помещали в термостатируемую камеру с раствором Тироде следующего состава (в тМ): 150 Na+; 4.0 К+; 1,8 Са2*"; 1,0 Mg2+: 14 IIC03"; 1,8 H2PCV; 148,4 СГ; 11,0 глюкозы; рН раствора составлял 7,4. Раствор оксигенировали карбогеном: 02 (95 %) и С02 (5 %). Механическую активность мышц регистрировали с помощью механотрона 6Х-2М. В начале каждого опыта препарат стимулировали с частотой 0.3 Гц в течение 2 часов. В качестве тестирующих параметров регистрировали силу сокращения (в изометрическом режиме), время достижения максимума сокращения (ВДМ) и время расслабления на уровне, соответствующем спаду изометрического напряжения до 50% и 95% от своей максимальной величины (ВР50, ВР95). По силе изометрического сокращения (F) оценивали стационарную зависимость «частота-сила» и эффект паузы (качественный показатель содержания Са2+ в саркоплазматическом ретикулуме) по следующим протоколам: 1. Регистрация зависимости «частота-сила» (ЧС). Папиллярная мышца растягивалась до 95% от максимальной длины препарата, соответствующей максимальной силе изометрического сокращения. После полной механической стабилизации на частоте стимуляции 0.1Гц, частота скачкообразно увеличивалась до 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 5 и 6.0Гц. В зависимости от задачи исследования эксперименты проводили при 37°С либо при 30°С перфузирующего раствора. 2. Регистрация эффекта паузы. После полной механической стабилизации ПМ на частоте 0.3 или 1.0Гц, стимуляцию останавливали на 2, 5, 10, 15, 30, 40, 60 и 120 секунд, а затем возобновляли на той же самой частоте. Эффект паузы оценивали, как отношение максимальной величины силы первого сокращения после периода покоя (тестовое сокращение, F[) к силе ритмического сокращения на базовой частоте (F0). Протоколы 1 и 2 также применяли после фармакологической обработки папиллярных мышц специфическими блокаторами: L- типа Са2+- каналов (нифедипин, 2 мкМ, Sigma); обратной формы Na+-Ca2' - обменного механизма (KB-R7943, 10 мкМ, Tocris); рианодшювых рецепторов (рианодин, 1 мкМ, Sigma) и Са2+-АТФ-азы CP (циклопиазоновая кислота, от 10 -до 30 мкМ, Sigma). Протоколы 1 и 2 также использовали для изучения влияния внеклеточного кальция (0,18 до 5.4 мМ), температуры (от 37°С до 5°С) и известного агониста fi - адренорецепторов, изопротеренола (1 мкМ, Sigma). Процесс автоматического управления ходом эксперимента, регистрацию тестируемых параметров и их обработку проводили с помощью специально разработанного программного обеспечения (авторы Н. Карпук и С. Тарлачков). Оценка статистической значимости изменения параметров сокращения проводилась с помощью анализа вариаций ANOVA (различия считали достоверными при р < 0,05). Данные представлены в виде средних значений исследуемых параметров. Во всех случаях указывается стандартная ошибка среднего.

Основные результаты и их обсуждение

1. Особенности изменений ритмоинотропных характеристик

папиллярных мышц сердца суслика при смене сезонов активности животных и в динамике гибернационного цикла.

1.1. Зависимость силы сокращения от частоты стимуляции.

В продолжение предшествующих исследований сезонных особенностей ритмоинотропных явлений в сердце активных сусликов, выполненных в диапазоне частот стимуляции от 0.1 до 1.0 Гц, при температуре перфузирующего раствора 30±0.РС и содержании Са2+ 1.8 мМ. (Накипова и соавт., 2000; Андреева и соавт, 2001, Чумаева, 2004), данные настоящей работы подтверждают факт существования двух типов ритмоинотропии (со слабой и выраженной отрицательной направленностью) в ПМ сердца сусликов летнего периода (рис. 1А). Выбрав за критерий оценки величину снижения силы сокращения при увеличении частоты стимуляции от 0.1 до 0.5 Гц (ДР), мы построили гистограмму распределения встречаемости ПМ с разным значением ДР в сердце сусликов летнего периода (рис. 1Б). Можно видеть, что ПМ сердца «летних» животных действительно разделяются на 2 отдельные группы: со слабой (ДР<40%, тип 1) и выраженной (ДР>50%, тип 2) частотной зависимостью (рис. 1Б). Далее в тексте, активные суслики с первым и вторым типами ритмоинотропии будут обозначаться как тип 1 и тип 2, соответственно.

А Б

Частота стимуляции, Гц

Рис. 1. А - типы зависимости «Частота-сила» в ПМ сердца сусликов летнего периода со слабой - (тип 1) и выраженной (тип 2) отрицательной зависимостью. По оси ординат: сила стационарного изометрического сокращения в % по отношению к частоте стимуляции на 0.1 Гц, принимаемой за 100 %. По оси абсцисс: частота стимуляции, Гц. Данные представлены как средние значения ± ошибка среднего (п>5 в каждой группе животных *-достоверное отличие от 0.1Гц Р < 0.05). Б - Гистограмма распределения ПМ с различной степенью снижения силы сокращения при увеличении частоты стимуляции от 0.1 до 0.5 Гц (ДР) у сусликов летнего периода (июнь-июль 2005-2010г.г., п=47). По оси абсцисс: ДБ (30°С, [Са2+]о 1.8 мМ), в %. По оси ордина т - количество сусликов.

Известно, что физиологический диапазон частот для сердца суслика в крайних проявлениях варьирует от 3-5 уд/мин (в спячке, при ректальной температуре 1-4°С) до 360-420 уд/мин (летом, в моменты бегства от опасности или в процессе пробуждения в сезон спячки) (Lyman et al., 1982; Калабухов, 1985; Игнатьев, 1992). Исходя из этого, в настоящей работе изучение особенностей ритмоинотропных характеристик ПМ сердца суслика было продолжено в условиях приближенных к физиологическим в диапазоне частот стимуляции от 0.1 до 4.0 Гц. На рисунке 2 представлены результаты особенностей ритмоинотропии сусликов летнего периода, зарегистрированные при температуре 30°С.

Рис. 2. Изменения силы сокращения ПМ сердца «летних» сусликов в диапазоне частоты стимуляции от 0.1 до 4.0 Гц (30°С, Са2+ 1.8 мМ). А. тип 1 (отрицательная зависимость, п=9). Б. тип 2 (двухфазная зависимость, п=10) с резко выраженной отрицательной направленностью в области частот 0.1 -0.5 Гц и положительная - при частотах 0.8 - 4.0 Гц. Здесь и на последующих рисунках с представлением зависимости ЧС: по оси ординат сила стационарного изометрического сокращения, в % к амплитуде сокращения на частоте стимуляции 0.1 Гц, принятой за 100%. По оси абсцисс - частота стимуляции, в Гц. Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего (^-достоверное отличие от 0.1Гц Р < 0,05).

Полученные данные показали, что в ПМ со слабой отрицательной зависимостью ЧС в области низких частот стимуляции, условно обозначенных нами как тип 1, в области высоких частот стимуляции сохраняется отрицательная направленность (рис. 2А). В ПМ с резко выраженной отрицательной зависимостью в области низких частот (тип 2) в области частот от 1.0 до 4.0 Гц появляется положительная компонента (сила сокращения увеличивается) (рис.

2Б). Обнаруженные типы зависимости ЧС наблюдаются и в условиях регистрации при температуре 37°С. При увеличении частоты стимуляции от 0.1 до 3.0 Гц временные параметры сокращения (ВДМ и ВР50) уменьшаются в среднем на 20 - 30%, независимо от исходного тина ритмоинотропии. Это согласуется с данными литературы о том, что положительный лузитропньгй эффект (ускорение временных параметров сокращения при увеличении частоты стимуляции) является базисной, видонеспецифической реакцией на частоту стимуляции (Janssen, 2010).

Осень

Зима

а 120%

v 3

<я

о о

я ц

к U

Ж.

Тип 1

п=9

~ * I Тип 2

п=7

■н?

4-Г'г

0.1

0.5

> Тип 1

январь п:

Чл

Спящие

. * п=8

,1 *

V-i . *

Тип 2

март п=3

>ч

0.1

0.5

Частота стимуляции, Гц Рис. 3. Изменения ритмоинотропных характеристик в папиллярных мышцах сердца активных осенних (п=16); зимних (п=8) и спящих (п=8) сусликов (30°С ; Са2+ 1.8 мМ). Обозначения те же, что и на рис. 2. Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего (*-достоверное отличие от 0.1Гц Р < 0,05).

На рисунке 3 в сравнительном плане представлены особенности ритмоинотропных характеристик ПМ сердца активных сусликов осеннего и зимнего периодов, а также спящих сусликов (30 С, Са2+ 1.8 мМ). Можно видеть, что в данных группах, как и у летних животных, также имеется 2 типа ритмоинотропии: 1) отрицательный и 2) двухфазный (рис. 2). В наиболее ярком виде особенности, свойственные второму типу (с выраженной частотной зависимостью), проявляются у животных по мере приближения периода весеннего пробуждения, самого сложного в жизни зимоспящих животных. В ПМ сердца спящих сусликов при 30°С во всех случаях зарегистрирован отрицательный тип ритмоинотропии (показано пунктиром на рис. 3), сходный с первым типом ритмоинотропии в ПМ активных сусликов.

1.2. Исследование зависимости ЧС в ПМ сердца сусликов, входящих в состояние спячки и пробуждающихся.

На рисунке 4 представлены типы зависимости ЧС, зарегистрированные в ПМ животных на начальных стадиях вхождения в спячку (рис. 4А) и на поздних стадиях пробуждения (рис. 4Б), с температурой сердца от 26 до 33°С . Исследования проводились при температуре перфузирующего раствора, равной температуре сердца животных. У сусликов, входящих в состояние спячки, общий характер зависимости во всей области исследованных частот имеет отрицательную направленность (рис. 4А). В ПМ пробуждающихся сусликов зависимость ЧС имеет двухфазный характер, сходный с описанным выше в ПМ со вторым типом ритмоинотропии (рис. 4Б).

Вход в спячку Пробуждение

26-33°С

Рис. 4. Зависимость силы сокращения от частоты стимуляции в папиллярных мышцах сердца сусликов (А) входящих в состояние спячки (п=6) и (Б) пробуждающихся (п=6). Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего (*-достоверное отличие от 0.1Гц Р < 0,05).

Интересно то, что характер ритмоинотропии в процессе вхождения животных в состояние спячки после кратковременных пробуждений в зимний период, сходен с тем, который наблюдается у животных в состоянии периода подготовки к спячке в осенний период. Также сходны типология ритмоинотропии пробуждающихся сусликов в процессе смены баутов и в весенний период пробуждения.

В сердечных клетках сопряжение возбуждения с сокращением (электромеханическое сопряжение) регулируется механизмом, известным как кальций-зависимое высвобождение кальция, согласно которому небольшое количество кальция, поступившее в клетку во время возбуждения через Са2+-каналы Ь-типа и обратную форму №4-Са~ -обменного механизма, вызывает высвобождение большого количества кальция из саркоплазматического ретикулума (СР) через рианодин-чувствительные рецепторы (РиР) СР (БаЫаЮ & ¥а.ЫаХо, 1985). Это приводит к повышению внутриклеточной концентрации свободных ионов кальция [Са2+]1 вблизи сократительных белков, что и

вызывает сокращение. В процессе расслабления кальций из области сократительных белков частично выводится за пределы клетки через сарколемму (за счет активности Са2+-АТФ-азы сарколеммы и прямой формы Na+- Са2+-обменного механизма, NCX), частично вновь поглощается ретикулумом и может участвовать в активации следующего сокращения. Согласованная работа Са2+-транспортирующих систем обеспечивает регуляцию процесса электромеханического сопряжения в клетках миокарда (обзоры MacLennan. 2000; Zhou and Bers. 2002; Hasenfuss and Pieske 2002; Bers. 2002; Berridge et al., 2003; Lehnart et al., 2009; Eisner et al., 2010). Любые изменения в клетке на уровне кальциевого гомеостаза находят отражение в характере проявления ритмоинотропной связи. До недавнего времени было известно существование 2 типов зависимости ЧС: положительный, свойственный большинству млекопитающих и отрицательный, характерный для крыс и мышей. И только в последнее десятилетие появились работы, описывающие двухфазный характер зависимости ЧС в сердце крыс и мышей: отрицательный в области низких частот стимуляции и положительный - в области физиологических частот. На рисунке 5 в сравнительном плане представлены типы зависимости ЧС, зарегистрированные нами в сердце морской свинки и крысы с положительной и отрицательной зависимостями ЧС.

Мореная свинка крЫСа

120%-|

1000%-,

-1-1-1 -I-,-,-г—,-1-гУЛ

1 2 3 0 0.3 0.5 0.8 1 1.5 2 3 4

Частота стимуляции,Гц

Рис. 5. Положительный и двухфазный типы ритмоинотропии в ПМ морской свинки и крысы, зарегистрированные в условиях наших экспериментов (30 С, Са2+ 1.8 мМ).

Известно, что у крыс зависимость сократимости миокарда от фракции Са2+, аккумулированного в СР выше, чем у морских свинок и кроликов. При условии, что вход внеклеточного кальция является необходимым триггером сокращения, у видов с двухфазным типом ритмоинотропии (крысы, мыши) до 90% активаторного Са2~ поступает из саркоплазматического ретикулума. В миокарде с положительной

зависимостью ЧС вход внеклеточного Са"+ через каналы L-типа играет не только триггерную, но и активаторнуго роль. Т. е. в данном случае сила сокращения почти в равной степени зависит как от внеклеточных, так и внутриклеточных источников кальция (Bers, 2001).

В исследованиях Кондо и Шибата (Kondo, Shibata, 1984) было впервые показано, что в сердце гибернаторов характер ритмоипотропии меняется в зависимости функционального состояния животных (Kondo, Shibata, 1984; Kondo, 1986, 1987, 1988). На основании данных исследований было сделано важное предположение, что в миокарде активных животных преимущественную роль в активации сокращения играют внеклеточные источники Са2+ (сходно с другими млекопитающими), в то время как в миокарде спящих основным источником активаторного Са служит СР. Таким образом сердце зимоспящих может переключаться между двумя принципиально разными типами Са2+ гомеостаза. Этот факт вызвал большой интерес к изучению сердца зимоспящих, однако работы по исследованию ритмоинотропии не получили должного продолжения.

Результаты наших исследований на сердце суслика показали, что положительный тип ритмоинотропии, в классическом проявлении свойственный миокарду высших теплокровных животных и человека, отсутствует в сердце зимоспящих животных. По нашим данным, наиболее характерным для ПМ сердца сусликов всех сезонных периодов является отрицательный тип ритмоинотропии. Сердце суслика с двухфазным типом ритмоинотропии, преобладающим у активных животных весенне-летнего периода, обнаруживает чрезвычайное сходство с особенностями ритмоинотропии сердца крысы (рис.2, 3, 4Б). Главной отличительной особенностью миокарда суслика, независимо от физиологического состояния, является значительная сила сокращения мышц в области низких частот стимуляции. В то время как у высших теплокровных животных и человека в данной области частот сокращения практически не регистрируются. С целью выяснения возможных причин обнаруженных нами различий в типах ритмоинотропии, было предпринято исследование по изучению роли различных источников Са в регуляции силы сокращения сердца суслика.

2. Исследование роли различных источников кальция (вне - и внутриклеточных) в регуляции силы сокращения ПМ сердца сусликов, характеризующихся различными типами ритмоинотрошш.

2.1. Роль внеклеточных источников кальция.

2.1.1. Са2+ток L-типа (Icai+) •

В результате ранее проведенных (Чумаева, 2004) и настоящих исследований показано, что специфический блокатор Са2+-каналов L-типа сарколеммы нифедипин оказывает отрицательное инотропное действие во всех исследованных нами группах сусликов. В ПМ сердца осенних, зимних активных и спящих животных эффект нифедипина, независимо от частоты стимуляции, составляет в среднем 25-30% и не вызывает значительных изменений характера ритмоинотропии. Отличительной чертой действия нифедипина в ПМ сердца сусликов летнего периода, независимо от исходного типа ритмоинотропии, является выраженная зависимость эффекта от частоты стимуляции (0.1 Гц: 28.0 ± 2.2 %, п = 7, Р < 0.05; 1.0 Гц: 66.7 ± 5.6 %, п = 5, Р < 0.05). В ПМ со 2 типом ритмоинотроии нифедипин всегда устраняет положительную компоненту зависимости в области высоких частот стимуляции, указывая на то, что важный вклад в ее формирование вносит Са2+ ток L-типа. Отсутствие частотной зависимости и меньшая выраженность эффекта нифедипина у животных периода гибернации в соответствии с данными литературы (Kondo, 1986; Wang et al., 1995, Alekseev et al., 1996, Kokoz et al., 2000, Li et al., 2011) указывают па то, что Са2+ ток L-типа играет меньшую роль в непосредственной активации сокращения и служит «триггером» выброса Са" из СР.

2.1.2. Обратная форма Na+/CaJ+ - обменного механизма.

Роль обратной формы Na+/Ca2+ - обменного механизма в регуляции силы сокращения сердца суслика была впервые исследована нами путем использования специфического ингибитора KB-R7943 (Iwamoto et al., 1996, Sato et al., 2000). Эксперименты проведены в группах летних (п=4) и осенних сусликов (п=3) при температуре 36°С и Са2+1.8 мМ.

Частота стимуляции, Гц -♦-контроль -о-кв

Рис. 6. Влияние KB-R7943 10 мкМ, специфического блокатора обратной формы Na/Ca-обменного механизма, на зависимость силы сокращения от частоты стимуляции в ПМ мышцах летних (А) и осенних (Б) сусликов. Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего ("■-достоверное отличие от контроля Р < 0,05).

Оказалось, что в выбранных условиях данный блокатор (10 мкМ при 1С50 -1.2-2.4 мкМ) при длительной аппликации (1 - 1.5 часа) не оказывает достоверного влияния на ритмоиногропные характеристики (зависимость ЧС, эффект паузы) в ПМ летних сусликов (Рис. 6). В сердце осенних сусликов KB-R7943 вызывал снижение силы сокращения в области низких частот стимуляции (рис. 6Б). Можно предположить, что вклад обратной формы NCX в регуляцию силы сокращения сердца сусликов становится значительным только в условиях снижения активности Са2+ каналов у животных периода гибернации. Однако для подтверждения данного предположения требуются дополнительные исследования. Интересно, что в здоровом миокарде крысы обратная форма NCX также не играет существенной роли в регуляции сокращения, но в условиях патологии ее роль становится значительной. В частности, показано, что KB-R7943 вызывает подавление аритмогенеза, индуцированного оуабаином (Sato et al., 2000).

2.1.3.Влияине внеклеточного кальция [Са2+]0.

Снижение [Са_ ]0 закономерно вызывает подавление силы сокращений во всех исследованных группах сусликов. Однако наибольший эффект наблюдается в группе активных сусликов 2 типа. При [Са~ ]0 0.45 мМ сила сокращения практически полностью подавляется во всей области исследованных частот (рис. 7Б), что свидетельствует о выраженной зависимости силы сокращения от [Са2+]0 в данной группе животных. В ПМ сердца сусликов с первым

типом ритмоинотропии (рис. 7А) при 0.45 мМ Са"+ в области низких частот стимуляции остаются значительные сокращения (около 40% от контрольных). Аналогичный результат получен в группе спящих сусликов (п=4).

Тип 1 Тип 2

А п=7 Б п=6

120%

Ca 1.8 мМ

i Ca 0.45 мМ

0.1

0.3

0.6 1 1.5 2 3

0.1 0.3 0.6 1

Частота стимуляции, Гц

-•-1.8 -О-0.45

Рис. 7. Влияние внеклеточного кальция [Са2+]0 на зависимость «частота-сила» в папиллярных мышцах сердца активных сусликов с первым (А) и вторьм (Б) типами ритмоинотропии (30°С). Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего ('-достоверное отличие от контроля [Са2+]0 1.8мМ (Р < 0,05).

2.2. Роль внутриклеточных источников Са2+ в реализации ритмоииотропииых феноменов в сердце суслика.

Саркоплазматическому ретикулуму принадлежит ключевая роль в поддержании Са+2-гомеостаза миокардиальной клетки. Выявление закономерности и динамики адаптивных изменений, происходящих в его функционировании в сердце зимоспящих животных - предмет повышенного внимания исследователей (обзор Li, 2011).

2.2.1 Эффект рианодина. Для оценки роли саркоплазматического ретикулума в реализации ритмоинотропных феноменов в сердце суслика мы использовали высокоселективный алкалоид рианодин, который в микромолярных концентрациях подавляет выброс Са2+ через рианодиновые рецепторы из саркоплазматического ретикулума (Jones et al., 1979; Fleisher et al., 1985).

Из данных, представленных на рисунке 8, можно видеть, что в группе активных животных 1 типа рианодин (I мкМ) вызывает кратковременный (в пределах 5 мин) рост силы сокращения, сопровождающийся ее быстрым (в течение 15 мин) падением практически до нуля (рис. 8А). В препаратах активных животных 2

Тип 1

'\т , контроль

рианодин

0.3 0,6 0,8 11,5 2 3 4

Тип 2

контроль

рианодин

Частота стимуляции, Гц

Iрианодин

Рис, 8 Влияние рианодина (1 мкМ) на зависимость ЧС у активных животных с 1 (А) и со 2 (Б) типами ритмоинотропии. По оси ординат: амплитуда стационарного изометрического сокращения в % относительно 0.1 Гц. Внизу приведены типичные записи регистрации изменения силы сокращения на частоте 0.3 Гц с ленты самописца в ответ на воздействие рианодином (время введения в раствор указано стрелками). Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего (*-достоверное отличие от контроля Р < 0,05).

типа рианодин действует слабее, особенно в области высоких частот стимуляции (рис. 8Б). В результате действия рианодина в данной группе животных зависимость ЧС из отрицательной становится положительной. Полученные данные свидетельствуют о том, что сокращение мышц с первым типом ритмоинотропии в большей степени зависит от внутриклеточных источников Са2+.

1.2. Особенности эффекта паузы. Известно, что поведение сокращения после паузы отражает способность CP запасать и удерживать кальций (Koch-Weser, Blinks, 1963; Lukas, Bose, 1986; Pieske et al., 1996). Детальные особенности эффекта паузы в сердце суслика были изучены в предшествующих данной работе исследованиях лаборатории и описаны в кандидатской диссертации Чумаевой, 2004. Результаты настоящей работы в целом подтверждают ранее обнаруженные тенденции и используются нами как подход для оценки возможной роли саркоплазматического ретикулума в проявлении обнаруженных особенностей ритмоинотропии в сердце суслика. На рисунке 9 представлены особенности эффекта паузы (в интервале от 2 до 120с на базовой частоте 1.0 Гц) в ПМ сердца

сусликов летнего периода с первым (А) и вторым (Б) типами зависимости ЧС. Вверху для каждого типа приведены примеры оригинальных записей эффекта паузы.

Тип 1

1 мН

11111

2 5 10 15 30 60

120 с

Тип 2

ах

1в1ш М !*

\ти

2 5 10 15 30 60

120с

„е 130%

120

•в-•8-

300%

200

100

2 5 10 15 30 40 60 120

Длительность паузы.с

Рис. 9. Особенности эффекта паузы в ПМ сердца сусликов летнего периода с первым (А, п=10) и вторым (Б, п=10) типами зависимости ЧС. Здесь и на последующих рисунках с изображением эффекта паузы/ по оси абсцисс -продолжительность паузы, с; по оси ординат - отношение силы первого сокращения после паузы (Б, ) (в диапазоне от 2 до 120с) к значению силы сокращений ПМ при базовой частоте стимуляции 1.0 Гц (р0). Данные представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего. Вверху для каждого типа ритмоинотропии приведены типичные примеры оригинальных записей потенцирующего эффекта паузы для частоты стимуляции 1.0 Гц.

Можно видеть, что максимальная величина эффекта паузы достигается при длительности 5с в ПМ летних животных с 1 типом ритмоинотропии 10 - 15с в ПМ со вторым типом ритмоинотропии, после чего длительно (до 600с, данные не приводятся) не меняется (Рис. 9). Это свидетельствует о том, что миокард активных животных 1 типа характеризуется более высокой активностью Са2+-АТФазы СР. Однако из данных, представленных на рисунке 9, можно видеть, что в ПМ мышцах со вторым типом ритмоинотропии относительная величина эффекта паузы намного выше, чем у животных с первым типом ритмоинотропии. Исходя из того, что эффект паузы является качественным показателем Са2+ в СР, эти данные могут указывать на более высокую активность Са ' -АТФазы СР в препаратах со вторым типом ритмоинотропии.

2.2.2 Влияние циклопиазоновой кислоты (СРА). С целью выяснения роли Са2г-АТФазы СР в механизмах, обусловливающих разный тип ритмоинотропии в группах активных сусликов, были

проведены эксперименты с использованием CPA, селективного ингибитора данной АТФ-азы (Seidler et al., 1989). Рис. 10А демонстрирует влияние CPA (10 мкМ) на характер ритмоинотропной связи (0.1 - 1.0 Гц) в ПМ мышцах сердца активных сусликов со слабой (AF около 20%, группа I, п=4) и выраженной (ДГ около 80%, группа II, п=3) частотной зависимостью. В группе 1 типа (Рис. 10А) воздействие CPA в течение 1 часа вызывает значительный рост силы сокращения в области низких частот стимуляции (от 0.1 до 0.3 Гц), практически не меняет ее величину в области средних частот (0.4-0.6 Гц) и достоверно уменьшает в диапазоне частот свыше 0.6 Гц. В группе активных животных 2 типа CPA, при сходстве общих тенденций в развитии эффекта, оказывает слабое влияние на зависимость ЧС (Рис. 10Б).

Тип 1 п=4

Тип 2

11=3

S 160%-, CPA х <u

Q.-T-

го с;

30-

120%

контроль

CPA

о CPA

контроль

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1

Частота стимуляции. Гц • контроль -о- CPA

500%

>N <0 с

£ Ф ■6-

250-

Тип 1 11=4

Тип 2 11=3

10 15

30 60 Длительность паузы, с Рис. 10. Влияние циклопиазоновой кислоты (CPA, 10 мкМ) на зависимость силы сокращения от частоты стимуляции (А, Б) и потенцирующий эффект паузы (В, Г) в папиллярных мышцах сердца активных сусликов первого (п=4) и второго типа (п=3) (А, Б): *- Достоверность отличия величины нормированной амплитуды сокращения в контроле от ее величины после действия CPA (для одной и той же частоты стимуляции). (В, Г): Эффект паузы: в контроле (темные столбцы) и после воздействия CPA (светлые столбцы). Данные представлены, как средние значения ± стандартная ошибка среднего (*-достоверное отличие от контроля Р < 0,05).

Ожидалось, что в условиях обработки препаратов CPA потенцирующий эффект паузы (как показатель содержания Са2+ в CP) будет в значительной степени подавлен. Однако вопреки ожиданиям, эффект паузы не только не блокировался, но значительно усиливался, особенно в 1 группе сусликов (рис. 10А). Даже в условиях длительной (порядка 5-12 часов) предварительной обработки ПМ высокими концентрациями CPA (30 мкМ, п=3), мы не наблюдали подавления эффекта паузы, но, напротив, получали его значительное усиление. В целом, индуцируемые CPA изменения, делали характер ритмоииотропных проявлений в группе активных животных 1 типа более выраженным, сходным с тем, который обычно наблюдается у активных животных 2 типа. Анализ полученных результатов и их сопоставление с литературными данными позволяют предположить, что у сусликов со вторым типом ритмоинотропии активность Са2+-АТФазы CP снижена, возможно за счёт изменения соотношения Са-АТФазы-фосфоламбан. В этом случае источником пополнения Са2' в CP могут быть митохондрии, либо, так называемые депо-активируемые кальциевые каналы (обзор Huke et al., 2011). Однако для проверки данных предположений требуются дополнительные исследования.

3. Влияние температуры н р - адренергнческой стимуляции на ритмоинотроппые характеристики сердца суслика.

3.1 Роль температуры Результаты сравнительных исследований влияния снижения температуры перфузирующего раствора (от 30°С до 5°С) на зависимость частота - сила и потенцирующий эффект' паузы в группах спящих и активных сусликов, показало, что ПМ сердца активных сусликов с разными типами ритмоинотропии по-разному реагируют на охлаждение (рис. 11). В ПМ сердца активных сусликов первого типа (рис.ПА, п=15) и спящих (рис. 11В, п=15), по мере снижения температуры, зависимость ЧС становится все более отрицательной (наклон кривой увеличивается), а потенцирующий эффект паузы увеличивается (рис. 11АВ, столбики; рис. 11Г) и остается значительным даже при температурах 7-5°С (Захарова и соавт., 2009). В ПМ сердца активных сусликов второго типа (рис. 11Б, п=17) можно видеть прямо противоположную картину. Снижение температуры приводит к смещению положительной компоненты зависимости ЧС из области высоких (при 30°С) в область низких частот, трансформируя её в полностью положительную при 10°С. Потенцирующий эффект паузы при этом исчезает (рис. 11Г). Полученные данные указывают на то, что в ПМ сердца сусликов со вторым типом ритмоинотропии при низких температурах остается преобладающей роль внеклеточных источников кальция в активации силы сокращения.

Б Тип 2

п=17

120%

i. 10° *

щл-

0.1 0.3

-1-rrV//i A*\

0.6 0.8 1 1.5 2 3 4

10°C

Спящие

4мН

l as^üJi.Uü^-WfcL..^

10 15 30 Tun 2

60c

0.1 0.3 0.6 0.8 1 1.5 2 3 4 Частота стимуляции, Гц

-*-Щ30° 20"---ЕЗ 10°

ЗмН

10 15 30

60с

Рис.11. Зависимость «частота-сила» в ПМ: активных первого (А, п=19) и второго (Б, п=12) типов, а также спящих (В, п=18) сусликов при температурах: 30°С, 20°С и 10°С Данные представлены как средние значения ± ст.ош.ср (^-достоверное отличие от контроля (30°С) Р < 0,05). Столбцы справа: Потенцирующий эффект паузы при температурах: 30°С Достоверность отличия потенцирующего эффекта паузы при температурах 20°С и 10°С от величины эффекта при 30°С . (Г) - типичные примеры эффекта паузы.

4. Особенности действия (1 - адреноагониста изопротеренола на параметры ритмоинотропии сердца суслика.

Известно, что активность симпатической нервной системы претерпевает значительные сезонные изменения у гибернирующих животных (Pleschka et al., 1996; Milsom et al., 2001; Elvert et al., 2005). Однако в целом вопрос о ее роли в адаптационных перестройках кальциевого гомеостаза сердца зимоспящих животных остается малоизученным.

В настоящей работе проведено исследование эффектов изопротеренола (1мкМ) на силу изометрических сокращений (01. -1.0 Гц; 30 ± 1°С; 1.8 тМ Са2+) ПМ сердца сусликов в периоды летней (п=5) и зимней (п=4) активности, а также спящих (п=4) сусликов.

Активные

Спящие

1 иН(мм

120°/,

100 и с

гс а.

120%

А. Ту

0,2

0,4

0.6

0,6

О 0,2 0,4 Частота стимуляции. Гц -»-контроль -о-изопротеренол

Рис. 12. Влияние изопротеренола (1 мкМ) на зависимость силы сокращения от частоты стимуляции в папиллярных мышцах сердца активных летних (п=4) и спящих (п=4) сусликов. Среднестатистические кривые зависимости в контроле (1) и через 30 мин от начала воздействия изопротеренола. Данные представлены, как средние значения + стандартная ошибка среднего (^-достоверное отличие от контроля Р < 0,05).

У активных летних сусликов изопротеренол увеличивает силу сокращения (положительный инотропный эффект) на 20±3% и 61±7% при частотах стимуляции 0.4 и 1.0 Гц, соответственно. В результате действия изопротеренола в данной группе животных зависимость силы сокращения от частоты стимуляции практически исчезает. У спящих сусликов изопротеренол вызывает кратковременное увеличение силы сокращения (в пределах 3 мин от начала воздействия), сопровождающееся ее снижением на 30-50% от контрольного уровня (отрицательный инотропный эффект) при частотах стимуляции от 0.3 до 0.8 Гц. Интересно, что в сердце всех животных периода гибернации (активных между баутами спячки, входящими в спячку и пробуждающимися) при 30°С зарегистрирован отрицательный инотропный эффект изопротеренола (Дверин и соавт., 2010). Во всех исследованных группах сусликов инотропный эффект Изо (независимо от его направленности) сопровождается ускорением временных показателей цикла сокращение-расслабление. Результаты, полученные в настоящей работе, указывают на существование определенной взаимосвязи между состоянием кальциевого гомеостаза и характером инотропного действия изопротеренола в ПМ сердца сусликов.

Выводы

1. Впервые охарактеризованы особенности ритмоинотропии сердца суслика в различных функциональных состояниях на протяжении годового цикла в широком диапазоне изменений частоты стимуляции, температуры и уровня внеклеточного Са2+. Выявлены два разных типа ритмоинотропии: отрицательный (тип 1) и двухфазный (тип 2).

2. Установлено, что отрицательный тип ритмоинотропии встречается у активных животных разных сезонов, а также у входящих в спячку и гибернирующих. Двухфазный тип наиболее характерен для миокарда активных летних и пробуждающихся сусликов.

3. Показано, что у животных с двухфазным типом ритмоинотропии значительную роль в активации сокращения играют внеклеточные источники Са, а у животных с отрицательным типом при сохранении триггерной роли внеклеточного кальция основным источником активаторного Са является саркоплазматический ретикулум.

4. При снижении температуры у активных и спящих сусликов с отрицательным типом ритмоинотропии сохраняется преимущественная зависимость силы сокращения от внутриклеточных источников Са, в то время как у активных животных со вторым типом - от внеклеточных источников Са.

5. Установлено, что р - адренергическая стимуляция папиллярных мышц сердца суслика изопротеренолом вызывает увеличение силы сокращения у активных животных летнего периода, в то время как у животных периода гибернации оказывает отрицательный инотропный эффект.

Список публикаций но теме диссертации.

Статьи в журналах:

1. Nakipova O.V., Zakharova N.M., Andreeva L.A., Chumaeva N.N., Averin AS., Kosarskii L.S., Anufiiev A.I., Lcwinski DV, Kockskamper J, Pieske B. The seasonal peculiarities of force-frequency relationships in active ground squirrel Spcrmophilus undulatus ventricle. J. Cryobiology, 2007. V.55, № 3, pp. 173-181

2. Захарова H.M., Накипова O.B., Аверин A.C., Тихонов К.Г., Соломонов Н.Г. Модификация ритмоинотропных характеристик при охлаждении папиллярных мышц сердца гибернирующих сусликов. 2009. ДАН, т.424, № 5, с. 696-699

3. А.С. Аверин, Н.М. Захарова, Д.А. Игнатьев, С.В. Тарлачков, О.В. Накипова. Влияние изопротеренола на сократимость папиллярных мышц сердца суслика. Биофизика, 2010. - Т. 55, N 5. - С. 910-917.

4. О.В. Накипова, А.С. Аверин, Н.М. Захарова, M.J1. Учитель, Е.В. Гришина, JI.A. Богданова, Е.И. Маевский. Роль энергетических субстратов в регуляции ритмоинотропных отношений сердца крысы: влияние амбиокора. Биофизика сложных систем, 2010, том 55, вып.6, с.1124-1131

Статьи в сборниках:

1. Н.М. Захарова, А.С. Аверин, О.В. Накипова. Температурозависимые изменения ритмоинотропных характеристик миокарда гибернирующих сусликов: роль внеклеточных и внутриклеточных источников кальция. В кн. Современные проблемы адаптации и биоразнообразия. Труды международной научной конференции, г. Махачкала: Издательский дом «Наука плюс», 2006, с.129-130.

2. A. Averin, N.M. Zakharova, O.V. Nakipova. Influence of temperature on force-frequency relationship in papillary muscles of ground squirrel's myocardium. Biological motility: achievements and perspectives. Pushchino, 2008, v.l, p.63-66

3. A.S. Averin, N.M. Zakharova, D.A. Ignatijev, O.V. Nakipova. Effect of isoproterenol on the contractility of papillary muscles of ground squirrel myocardium. Biological motility: achievements and perspectives. Pushchino, 2010, v.l, p.26-28

Тезисы докладов:

1. Накипова OB Андреева JIA Чумаева НА Захарова НМ Аверин АС. Миокард зимнеспящих животных как природная модель для исследования инсулинорезистентной формы диабета. Всероссийская научная конференция «Физиология сердца», г. Казань , 24-25 ноября, 2005, с.35-36.

2 Аверин А.С. Захарова Н.М. Накипова О.В. Сезонные особенности адаптивной способности сердца зимоспящих сусликов к изменению температуры. 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых. Биология - наука XXI века, г. Пущино, 17-21 апреля, 2006, с. 105

3. Zakharova NM Averin AS Nakipova OV. The force-frequency relationship in the heart of hibernationing animals (Citellus undulatus) in different physiological states: Dependence from temperature. VIII Word Congress ISAM, June 21-24, 2006, Moscow, p. 130

4. Аверин A.C., Алешкевич E.B., Тарлачков C.B. Особенности влияния гипотермии на силу сокращения сердца суслика. Роль кальциевого гомеостаза. X Всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей. 20-21 апреля 2007, С-Петербург, с.7-8

5. Аверин А.С., Захарова Н.М., Накипова О.В. Влияние температуры на ритмоинотропные характеристики папиллярных мышц сердца суслика. Тезисы докладов. XX съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. 4-8 июня 2007, Москва. С. 114.

6. Захарова Н.М., Аверин А.С., Алешкевич Е.В., Косарский Л.С., Накипова О.В. Адаптивные изменения сократимости миокарда гибернирующих и нормотермных млекопитающих при гипотермии. Тезисы докладов. XX съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. 4-8 июня 2007, Москва. С. 235.

7. Аверин А.С., Захарова Н.М., Накипова О.В. Анализ ритмоинотропных отношений в сердце гибернирующих животных, как подход для изучения механизмов пластичности кальциевого гомеостаза и его нарушений у нормотермных млекопитающих. VIII международный конгресс «Здоровье и образование -XXI век. Современные концепции болезней цивилизации» г. Москва 14-17 Ноября 2007, С. 95

8. Zakharova NM, Nakipova OV, Averin AS. The seasonal peculiarities of modification in force-frequency relationship of the ground squirrel myocardium under hypothermia. XXXth international congress on electrocardiology. 18-21 September 2008, St. Petersburg, Russia, Abstracts, p. 126

Подписано в печать:

20.10.2011

Заказ № 6084 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Аверин, Алексей Сергеевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Понятие гибернации

1.2 Общие представления об электромеханическом сопряжении

I < *

1.3 Особенности кальциевого гомеостаза миокарда зимоспящих животных в сравнении с незимоспящими. , , 19'

1.4 Ритмоинотропные явления в миокарде, как отражение состоянии кальциевого гомеостаза.

1.5 Особенности ритмоинотропных явлений в миокарде зимоспящих животных. • •

1.6 Функционирование миокарда в условиях гипотермии* 28 ' 1.7.Симпатическая регуляции в сердце зимоспящих животных

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследования.

2.2. Препаровка.

2.3. Блок-схема установки.

2.4. Система стимуляции.

2.5. Экспериментальные протоколы.

2.6. Статистическая обработка данных.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Особенности изменений ритмоинотропных характеристик папиллярных мышц сердца суслика при смене сезонов активности животных и в динамике зимней спячки

3.1.1. Зависимость «Частота-сила» в миокарде животных находящихся в стационарных состояниях

3.1.2. Исследование зависимости ЧС в ПМ сердца сусликов, входящих в состояние спячки и пробуждающихся

3.2. Исследование роли вне - и внутриклеточных источников Са в регуляции силы сокращения ПМ сердца сусликов, характеризующихся различными типами ритмоинотропии

3.2.1. Роль внеклеточных источников кальция.

3.2.1.1. Са2+ ток Ь-типа (1Са2+)

3.2.1.2. Обратная форма,Ыа./Са - обменного механизма.

3.2.1.3. Влияние концентрации внеклеточного кальция [Са?+]

3.2.2. Роль внутриклеточных источников Са2+ в реализации 52 ритмоинотропиных феноменов в сердце суслика.

3;2.2Л . Эффект рианодина.

3.2.2.2. Особенности эффекта паузы., \ ' ч54 3 ¿2^2.3: Влияние циклопиазоновой>кислоты

3.3. Влияние температуры и. Р-адренергической стимуляции« на ритмоинотропныс характеристики сердца суслика 58 3:3:1. Температурные эффекты в миокарде суслика: , . 58 3.3.1.1. Влияние температуры на зависимость «частота-сила» • 58 и эффект паузы.

3 .3 ; Г.2! ,Температурные изменения временных параметров^ 61 цикла сокращение-расслабление

3.3.1.3. Влияние [Са?" ]о на температурные . . 63 изменения ритмоинотропных характеристик сердца суслика.

3.3:Г.4. Вклад внутриклеточных источников;,Оа; 67 в поддержание сократимости в условиях гипотермии

3.312.Особенности действия ¡Задреноагониста 69 изопротеренола на параметры ритмоинотропии сердца суслика.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4. Г. Зависимость типа ритмоинотропии от состояния Са гомеостаза

4.2; Роль. различных источников, кальция; в проявлении сезонных особенностей ритмоинотропии в сердцесуслика

4.2.1. Роль внеклеточных источников кальция.

4.2.2. Роль саркоплазматического ретикулума 81 в реализации ритмоинотропных феноменов.

4.3. Роль температуры.

4.4. Влияние Р-адренергической стимуляции в реализации 87 ритмоинотропных феноменов в сердце суслика

Введение Диссертация по биологии, на тему "Ритмоинотропные явления в миокарде суслика как отражение состояния кальциевого гомеостаза. Роль температуры и β-адренергической стимуляции"

Актуальность проблемы

Перегрузки клеток по кальцию являются ключевым фактором нарушения сократительной функции сердца в условиях гипотермии и гипоксии [обзоры Bers, 2001; Berridge et al., 2003; Lehnart et al., 2009; Eisner, Trafford, 2009]. Способность сердца гибернирующих (зимоспящих) животных функционировать в условиях перепада температуры тела от 37 до 0°С, в ходе которого животные подвергаются не только гипотермическому, но и окислительному стрессу, указывает на уникальную пластичность кальциевого гомеостаза данного вида животных [Johansson, 1996]. Известно, что сердце зимоспящих также обладает удивительной способностью к циклическому изменению уровня метаболизма, активности симпато-адреналовой системы и гормонального статуса, являющихся компонентами системы эндогенной регуляции [Слоним, 1979; Колаева, 1993; обзоры Carey et al., 2003; Geiser, 2004; Storey, 2010; Epperson et al., 2011]. Изучение принципов адаптационной стратегии гибернаторов, основанных на координированном изменении кальциевого гомеостаза и нейрогормонального контроля при смене функционального состояния животных, становится' все более актуальной проблемой современной кардиологии. Несмотря на то, что в последнее время накоплено много данных о специфических особенностях кальциевого номеостаза миокарда зимоспящих, картина направленности этих изменений при смене функционального состояния животных далеко не ясна [Alekseev et al., 1996; Kokoz et al., 2000; Wang, 2002; Yatani 2004; Dibb et al, 2005; Li et al., 2011]. Зависимость силы сокращения от частоты стимуляции [Bowditch, 1871] представляет собой важный инотропный механизм в сердце большинства видов животных и человека и удобную модель для изучения особенностей кальциевого гомеостаза [обзоры Koch-Weser, Blinks, 1963; Endoh, 2004; Janssen 2010; Xu et al., 2011]. Характер зависимости силы сокращения от частоты стимуляции является качественным показателем соотношения вклада внеклеточных (Са2+-каналы, Na/Ca-обменник) и внутриклеточных (саркоплазматический ретикулум) источников кальция в активацию силы сокращения и одним из клинических проявлений гипертрофической кардиомиопатии [Мархасин, 1994, Hasenfiiss et al., 1996; Somura et al., 2001, Maier et al., 2005]. В сердце зимоспящих доля участия различных источников кальция в активации сокращения обратимо меняется при смене сезонного состояния животных (активность, спячка, пробуждение) [Johansson, 1996; Alekseev et al., 1996; Kokoz et al., 2000; Wang, 2002; Yatani 2004; Dibb et al, 2005; Li et al., 2011]. Данные литературы [Kondo, Shibata, 1984; Charnock et al., 1983; Zhou et al., 1987] и результаты наших собственных исследований [Накипова и соавт., 2000; Чумаева, и др., 2004] свидетельствуют о том, что в сердце губернаторов характер ритмоинотропной связи меняется в соответствии с сезонными изменениями кальциевого гомеостаза. Однако в целом этот вопрос остается малоизученным. Первые исследования особенностей ритмоинотропных явлений в сердце суслика в нашей лаборатории были проведены на активных животных различных сезонных периодов (лето, осень, зима) в узком диапазоне частоты стимуляции от 0.1 до 1.0 Гц и при температуре 30°С [Накипова и соавт., 1997, 2000, Андреева и соавт, 2003, Чумаева, 2004]. Исходя из того, что характер ритмоинотропных отношений в значительной степени зависит от условий проведениям эксперимента, настоящая работа, являясь продолжением ранее начатых исследований, ориентирована на получение результатов в условиях, максимально приближенных к физиологическим.

Цель работы:

Целью данной работы является выяснение особенностей ритмоинотропных явлений и механизмов их регуляции в сердце сусликов в течение годового цикла жизни животных

Задачи исследования:,

2. Оценить роль в наблюдаемых изменениях различных источников кальция (внеклеточного и внутриклеточного).

3. Исследовать влияние температуры и Р-адренергической стимуляции на характер ритмоинотропной зависимости в сердце суслика.

Научная новизна' работы. Проведено исследование особенностей ритмоинотропных характеристик сердца зимоспящих животных при изменении их функционального состояния на протяжении годового цикла в широком диапазоне частоты стимуляции (от 0.1 до 6.0 Гц), температуры (от 37°С до 5°С) и уровня внеклеточного Са2+ (от 3.6 до 0.18 мМ). Впервые получены данные об особенностях ритмоинотропных явлений в процессе вхождения в спячку и пробуждения. Выявлено существование двух типов ритмоинотропии в сердце суслика: отрицательного и двухфазного. Впервые среди активных летних животных выявлена группа сусликов, которые по характеру ритмоинотропии сходны со спящими. Показано, что папиллярные мышцы с разными ритмоинотропными характеристиками различаются по реакции на изменение концентрации внеклеточного кальция, охлаждение и Р - адренергическую стимуляцию.

Научно-практическая значимость работы. Выявленные сезонные особенности зависимости эффектов инотропных воздействий от функционального состояния животных, различающихся типологическими особенностями ритмоинотропии, дополняют знания о механизмах регуляции сократительной функции сердца. Анализ ритмоинотропных явлений в сердце суслика открывает пути для использования его в качестве природной модели при поиске путей повышения устойчивости миокарда человека к воздействию гипоксии, ишемии, гипотермии; а также методов коррекции патологических состояний миокарда.

1.0Б30Р ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Аверин, Алексей Сергеевич

6. выводы

4. При снижении температуры у активных и спящих сусликов с отрицательным типом ритмоинотропии сохраняется преимущественная зависимость силы сокращения от внутриклеточных источников Са, в то время как у активных животных со вторым типом -от внеклеточных источников Са.

5. Установлено, что Р - адренергическая стимуляция папиллярных мышц сердца суслика изопротеренолом вызывает увеличение силы сокращения у активных животных летнего периода, в то время как у животных периода гибернации оказывает отрицательный инотропный эффект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Первые исследования особенностей ритмоинотропных явлений в сердце суслика в нашей лаборатории были проведены на активных животных различных сезонных периодов (лето, осень, зима) в диапазоне частоты стимуляции от 0.1 до 1.0 Гц при температуре 30°С. [Накипова и соавт., 1997, 2000, 2007; Андреева и соавт, 2003, Чумаева, 2004]. В результате этих исследований было впервые показано, что зависимость «частота-сила» в ПМ сердца активных сусликов имеет в разной степени выраженную отрицательную направленность. У животных периода гибернации отмечалось наличие положительной компоненты в узкой области низких частот стимуляции, что придавало зависимости полифазный характер при сохранении в целом ее отрицательной направленности.

Результаты настоящей работы подтверждает ранее обнаруженные факты сезонных изменений, характера' ритмоинотропии в сердце суслика и вносит существенные дополнения в наши представления об особенностях ритмоинотропных отношений в сердце зимоспящих животных.

В результате проведенных исследований показано, что в зависимости от характера реакции папиллярных мышц на изменение частоты> стимуляции, сусликов можно условно разделить на 2 типа: с относительно слабой и выраженной частотной зависимостью. Первый тип ритмоинотропии имеет преимущественно» отрицательную направленность во всей области исследованных частот, а 2 тип - двухфазную: резко-отрицательную в области низких частот стимуляции и положительную - в области высоких частот (свыше 1.0 Гц). Наиболее выраженные частотные изменения характерны для животных переходных периодов. Впервые описанный в настоящей работе двухфазный' тип зависимости ЧС (с положительной компонентой в области высоких частот стимуляции) преобладает у активных сусликов весенне-летнего периода, но в наиболее ярком виде проявляется в миокарде весенних животных и пробуждающихся в.период гибернации. Суслики периода гибернации характеризуются менее выраженной частотной зависимостью. Отличительной чертой ритмоинотропии животных периода гибернации является наличие положительной компоненты в области низких частот стимуляции при общей отрицательной направленности зависимости. В предшествующих исследованиях' лаборатории данный тип обозначался, как «полифазный» (подробно описан в кандидатской диссертации Чумаевой, 2004). В настоящей работе мы рассматриваем «полифазный» тип, как разновидность первого типа ритмоинотропии со слабой частотной зависимостью. В соответствии с ранее полученными данными, этот тип зависимости ЧС в наиболее ярком (полифазном) виде появляется у осенних сусликов и входящих в спячку в период гибернации.

Таким образом, можно видеть, что процесс трансформации ритмоинотропных отношений в течение годового цикла жизни суслика имеет чрезвычайно сложный характер. О чем свидетельствуют и те немногочисленные данные, которые имеются в литературе [Charnock et al., 1983; Kondo and Shibata, 1984]. Тем не менее, суммируя данные предшествующих исследований.лаборатории и результаты настоящей работы, мы можем заключить, что появление слабовыраженной положительной'" компоненты; зависимости ,в, области низких частот стимуляции является отличительным- признаком, животньк периода гибернации и входящих в состояние спячки!(стремящихся к снижению? активности). ••'. .'•'."'■' '" ■ ' ■ , . . ' ' • . ' :•' ! ,V;

Напротив, наличие положительной компоненты в области? высоких частот; стимуляции; является отличительным; признаком переходных периодов;; сопровождающихся; повышениемфункциональною активности животных. Поэтому в> наиболее ярком; виде особенности, свойственные: второму типу ритмои I ютроп и и, проявляются^}' активных животных по'мере приближения сезона весеннего'пробуждения;;, самого сложного.в жизни.зимоспящих животных. .

С целью; выяснения?возможных.механизмов- лежащих в основе различий,между-обнаруженными нами;; типами • ритмоинотропии, мы исследовали роль различных источников, кальция в> регуляции силы сокращений и базовых, ритмоинотропных характеристик сердца1; суслика. На основании проведенных- исследований; можно»; заключить, что суслики с: первым типом; ритмоинотропии характеризуются, преимущественной зависимостью сокращения? от внутриклеточных источников; Са2+. Поскольку данный тип зависимости. ЧС наиболее характерен для животных периода-гибернации,. можно предположить, что его функциональная» роль заключается ^ в-поддержании максимальной^силы сокращения в области низких частот стимуляции (0.10.3 Гц), физиологических, для состояния спячки. В;этом случае: минимальная зависимость от внеклеточных источников у животных с данным типом ритмоинотропии (наиболее свойственным периоду гибернации) позволяет избежать угрозы Са- перегрузок в условиях гипотермии:

Для, миокарда активных сусликов , со вторым типом г ритмоинотропии, напротив, характерна большая зависимость от внеклеточных источников Са2+ (преимущественно? Са каналов), что позволяет обеспечить большую силу сокращений при высокой, частоте стимуляции, соответствующей активному поведению сусликов в природе. Необходимость данного типа ритмоинотропии в сердце пробуждающихся сусликов следует из того, что именно сердце является одним из важнейших «запалов» обеспечивающих разогрев животных в процессе пробуждения. Так, еще при достаточно низкой температуре тела (около 20-22°С) ЧСС достигает 380-400 уд/мин.

Эксперименты, проведенные с использованием циклопиазоновой кислоты (специфическим ингибитором Са-АТФазы СР) показали, что у животных со вторым типом ритмоинотропии активность Са-АТФ-азы снижена по сравнению с первым типом. Однако для обоих типов миокарда характерна высокая сила сокращения в области низких частот, что является отражением высокого содержания Са в СР. Это позволяет предположить, что у животных со вторым типом ритмоинотропии наполнение СР кальцием обеспечивается, какими - то другими механизмами, что ясно демонстрируют опыты с СРА. Данный феномен требует дальнейшего изучения.

Важной особенностью выявленных типов ритмоинотропии является различный» характер реакции на охлаждение при сохранении свойственных каждому типу особенностей Са-гомеостаза, наблюдающихся при температуре ЗОоС. У сусликов« с первым типом ритмоинотропии при температуре 10°С сохраняется преимущественная зависимость от внутриклеточных источников Са, а у животных со вторым типом ритмоинотропии - от внеклеточных.

Выявленные сезонные различия действия изопротеренола (агониста адренорецепторов) также свидетельствуют о значительных сезонных перестройках в сердце суслика. Классический положительный инотропный эффект изопротеренола (ассоциирующийся с положительным лузитропным эффектом) наблюдается у всех сусликов периода летней активности, независимо от исходного типа ритмоинотропии, однако, менее выраженный у сусликов с первым типом ритмоинотропии. У всех сусликов периода гибернации (независимо от функционального состояния) изопротеренол оказывает отрицательный инотропный эффект (при сохранении^ выраженного положительного лузитропного эффекта). Мы предполагаем, что положительный инотропный эффект у летних животных, реализуется, главным образом, через цАМФ-зависимый механизм активации Са тока Ь-типа. Преимущественно отрицательный инотропный эффект в миокарде животных периода гибернации, возможно, связан со свойственным данному периоду снижением активности Са-каналов Ь-типа. Однако детально причины изменения инотропной реакции на р-адреностимуляцию еще предстоит выяснить.

Подводя итог проведенным исследованиям, можно заключать, что сезонные изменения характера ритмоинотропных явлений в миокарде сусликов действительно являются отражением уникальной адаптационной пластичности кальциевого гомеостаза у данного вида животных. В предшествующих исследованиях лаборатории было установлено, что животные с разными типами ритмоинотропии обладают разной чувствительностью к действию инсулина [Накипова и сотр, 2006]. Данные настоящей работы показали, что адаптивные изменения, происходящие в сердце суслика на уровне кальциевого гомеостаза, влияют на характер температурной реакции и действия инотропных стимулов, таких как частотная и Р-адренергическая стимуляция. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что анализ ритмоинотропных явлений, изменяющихся в соответствии с координированными адаптационными изменениями нейрогормонального статуса и кальциевого гомеостаза миокардиальных клеток зимоспящих животных, может служить уникальной природной моделью для поиска путей повышения адаптационных возможностей высших теплокровных животных и человека.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Аверин, Алексей Сергеевич, Пущино

1. Ануфриев А. И., Ахременко А. К. Зависимость частоты пробуждений длиннохвостого суслика от температуры среды. В кн.: Эколого-физиологические характеристики природных гипометаболических состояний. 1992. Пущино. Т.2. 34с.

2. Ануфриев А.И. Мелкие зимоспящие млекопитающие северо-востока Сибири(экология и биоэнергетика зимней спячки). Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук.Якутск, 2006

3. Быков B.JL, Желамский C.B. Способ отбора препаратов миокарда для исследования сократимости в физиологических и фармакологических условиях. // Физиол. Журнал СССР.1982. Т. 68. №3. С 425- 428;

4. Жегунов Г.Ф., Вонг Л., Джордан М., Белке Д. Электрофизиологическиепараметры- функционирования сердца и активность Са2+-насоса мембран СР миокарда сусликов и крыс во время длительной гипотермии. // Физиол. Журнал. 1993'; 79. №1. 73 81.

5. Игнатьев Д.А., Сухова Г.С., Сухов В;П. Анализ изменений частоты сердцебиений итемпературы суслика Citellus Uridulatus в-различных физиологических состояниях. Ж. Общей биологии. 2001, т.62, № 1, с. 66-77 .

6. Калабухов Н.И.Спячка млекопитающих М.: Наука. 1985, с.264

7. Колаева С. Г. Зимняя спячка Вестник Российской Академии наук. 1993. Т.63. №12.' С. 1076-1081.

8. Мархасин В:С. и др. Физиологические основы нарушения сократительной функции миокарда. СПб. «Наука». 1994.13Шаулюв Н.П1 Экология животньк. М.: Изд: Сов. Наука.Л955; -553 с.

9. Попова Н.К. Обмен веществ и терморегуляция. Экологическая-физиология животных. Под. ред. А.Д. Слонима. М. Л.:Наука. 1979, ч. 1, с. 187-198

10. Рубцов А.М. Са АТФаза саркоплазматического ретикулума:Молекулярная организация, механизм функционирования и особенности регуляции активности. Успехи биологической химии. 2005, т. 45, с. 235—268

11. Слоним А.Д. Экологическая^физиология животных. М.: Высшая школа. 1971, с. 448;

12. Слоним А.Д. Предмет, задачи,7приемы и история развития:эколого-физиологических исследований. Экологическая физиология животных. Под.ред. А.Д.,Слонима. Л.: Наука. 1979, ч. 1,' с. 3-21.

13. Соколов В. Е., Сухов В. П., Сухова Г. С., Игнатьев Д. А. Суточные и сезонные изменения температуры и сердечного ритма длиннохвостого суслика Citellus Undulatus. ДАН, 1995, т. 344, № 2, с. 282-286.

14. Соловьева О.Э., Мархасин B.C. и др. Экпериментально-теоретическое исследование связи интервал-сила в развивающемся миокарде цыпленка. Биофизика. 1999. Т.44, Вып. 2, с 337-349.

15. Соломонов Н.Г., Ахременко А.К., Ануфриев А.И. Динамика энергетических субстратов в тканях пробуждающихся сусликов. В книге «Механизмы зимней спячки». Пущино. 1987, с. 48-56.

16. Соломонов Н.Г. Основные итоги и задачи изучения зимней спячки грызунов Якутии. В книге «Эколого-физиологические характеристики природных гипометаболических состояний». Пущино,'1992, с. 29-34.

17. Agata-N, Tanaka HvShigen9bu К. Possible action of cyclopiazonic acidionmyocardial1. sarcoplasmic reticulum: inotropic effects on neonatal and adult rat heart.' Br J Pharmacol.1993:Mar;108(3):571-Z: ' . : . . '

18. Alekseev, A.E., Markevich, N.I., Korystova, A.F;, Terzic, Avand Kokoz, Y.M.: . , Comparative analysis of the kinetic characteristics of L-type calciumxhannels in' cardiac cells of hibernators. Biophys. J 1996,* v. 70, p. 786 797! " • .

19. Alpert NR, Hasenfuss G, Leavitt BJ, Ittleman FP, Pieske B, Mulieri LA. A mechanistic analysis of reduced mechanical performance in human heart failure. Jpn Heart J 2000 Mar; 41 (2): 103'-15. . ; V •':.'.'''''."■■.'• ' '. ' .

20. Barnes B.M. Freeze avoidance in a mammal::body temperatures below 0°C in an Arctic• hibernator. Science. 1989,4v.244;.p. 1593-1595. ■

21. Bassani JWM, Bassani RA, Bers DM. Relaxation in rabbit and rat cardiac.cells: species-dependent differences in cellular mechanisms. J Physiol. .1994;476:279-293.

22. Bavendiek U, Brixius K, Munch G, Zobel C, Muller-Ehmsen J, Schwinger RH. Effect of inotropic interventions on the force-frequency relation in the humaniheart. Basic Res Cardiol. 1998;93 Suppl 1:76-85.

23. Beike DD., Milner l^, and Wang LCH. Seasonal variations in the rate and capacity of cardiac SR calcium accumulation in a hibernating species. Cryobiology. 1991, v. 28, p. 354 -363. ' '."■".

24. Berridge J.M., Bootman M.D., Roderick H.L. Calcium signalling: dynamics, homeostasis and remodeling//Mol. Cel. Biol., V.4, P. 517-529,2003.

25. Bers, D. M. Calcium fluxes involved in control of cardiac myocyte contraction. Circ. Res.2000, v. 87, p. 275 281.35: Bers D.Excitation-contraction coupling, and cardiac contractile force; Kluwer Acad. Publ.2001. . ;. .

26. Bers DM. Calcium and cardiac rhythms: physiological and pathophysiological. Circ Res 90: 14-17, 2002.

27. Bers DM, Despa S, Bossuyt J.Regulation of Ca2+ and Na+ in normal and failing cardiac myocytes. AnnN Y Acad Sci. 2006 Oct; 1080:165-77.

28. Bluhm WF, Kranias EG, Dillmann WH, Meyer M. Phospholamban: a major determinant of the cardiac force-frequency relationship. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2000 Jan;278(l):H249-55.

29. Bode EF, Briston SJ, Overend CL, O'Neill SC, Trafford AW, Eisner DA. Changes of SERCA activity have only modest effects on sarcoplasmic reticulum Ca2+ content iix rat ventricular myocytes. J Physiol. 2011 Oct l;589(Pt 19):4723-9.

30. Bodi I, Mikala G, Koch SE, Akhter SA, Schwartz A. The Ltype calcium channel in the heart: the beat goes on. J Clin Invest 2005;115:3306-17.

31. Bouchard RA, Bose D. Contribution of sarcolemmal sodium-calcium exchange and intracellular calcium release to force development in isolated canine ventricular muscle. J Gen Physiol. 1992 Jun;99(6):931-60.

32. Bowditch HP. Uber die Eigenthumlichkeiten der Reizbarkeit welche die Musketfasern* des Herzenszeigen. Ber Sachs GesWiss 1871;23:652-89:

33. Burlington RF, Darvish A. Low-temperature performance of isolated working hearts from ahibernator and a nonhibernator. Physiol Zool 1988.61:387-395.

34. Brodde OE, Bruck H, Leineweber K. Cardiac adrenoceptors: physiological and pathophysiological relevance. J Pharmacol Sci. 2006;100(5):323-37. Epub 2006 Apr 13.

35. Bublitz M, Morth JP. Nissen P. P-type ATPases at a glance. J Cell Sci. 2011 Aug 1; 124(Pt 15):2515-9.

36. Campbell HA, Fraser KP, Bishop CM, Peck LS, Egginton S. Hibernation in an antarctic fish: on ice for winter. PLoS One. 2008 Mar 5;3(3):el743.

37. Carey HV, Andrews MT, Martin SL. Mammalian hibernation: cellular and molecular responses to depressed metabolism and low tempe rature. Physiol Rev. 2003 Oct;83(4): 1153-81.

38. Charnock JS, Dryden WF, Marshall RJ. Seasonal variations in drug response and staircase phenomena in atrial muscle from a hibernating rodent (Spermophilus richardsonii). Br J Pharmacol. 1983 Jan;78(l):151-8.

39. Cheung JY, Rothblum LI, Moorman JR, Tucker AL, Song J, Ahlers BA, Carl LL, Wang J, Zhang XQ. Regulation of cardiac Na+/Ca2+ exchanger by phospholemman. Ann N Y Acad Sci. 2007 Mar; 1099:119-34.

40. Choi HS, Eisner DA. The role of sarcolemmal Ca2+-ATPase in the regulation of resting calcium concentration in rat ventricular myocytes. J Physiol (Lond) 1999; 515: 109-118.

41. Colatsky T. J. Voltage clamp measurements of sodium channel properties in rabbit cardiac Purkinje fibers. J Physiol. 1980, v. 305, p. 215-234.

42. Curran J, Hinton MJ, Rios E, Bers DM, Shannon TR. Beta-adrenergic enhancement of sarcoplasmic reticulum calcium leak in cardiac myocytes is mediated by calcium/calmodulin-dependent protein kinase. Circ Res. 2007 Feb 16;100(3):296-8.

43. Dark J: Annual lipid cycles in hibernators: integration of physiology and behavior. Annu Rev Nutr 2005; 25: 469-497.

44. Dibb KM, Hagarty CL, Loudon AS, Trafford AW. Photoperiod-dependent modulation of cardiac excitation contraction coupling in the Siberian hamster. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2005 Mar;288(3):R607-14.

45. Egdell RM, MacLeod KT. Calcium extrusion during after-contractions in cardiac myocytes: the role of the sodium-calcium exchanger in the generation of the transient inward current. J Mol Cell Cardiol. 2000. Jan; 32 (1): 85 93.

46. Eisner DA, Trafford AW, What is the purpose of the large sarcolemmal calcium flux on each heartbeat? Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2009 Aug;297(2):H493-4.

47. Elvert R, Heldmaier G. Cardiorespiratory and metabolic reactions during entrance into torpor in dormice, Glis glis. J Exp Biol. 2005 Apr;208(Pt 7): 1373-83.

48. Endoh M. Force-frequency relationship in intact mammalian ventricular myocardium: physiological and pathophysiological relevance European Journal of Pharmacology 500 (2004) 73- 86

49. Epperson LE, Karimpour-Fard A, Hunter LE, Martin SL. Metabolic cycles in a circannual hibernator. Physiol Genomics. 2011 Jul 14;43(13):799-807.

50. Fabiato, A. and Fabiato, F. Contractions induced by a calcium-triggered release of calcium from the sarcoplasmic reticulum of single skinned cardiac cells. J. Physiol. 1975, v. 249, p: 469-495

51. Fabiato A. Appraisal of the physiological relevance of two hypotheses of the mechanism of Ca2+ release from the cardiac sarcoplasmic reticulum: Calcium-induced release versus charge coupled release. Mol Cell Biochem. 1989, v. 89, p. 135 143.

52. Farrell EF, Antaramian A, Rueda A, et al. Sorcin inhibits calcium release and modulates excitationcontraction coupling in the heart. The Journal of Biological Chemistry 2003;278(36):34660- 34666.

53. Gould, G. W., J. M. McWhirter, J. M. East, and A. G. Lee. 1987. A mode 1 f o r the uptake and release

54. Florant GL. The biology of hibernation. Science. 1982 Jan 22;215(4531):392-3.

55. Gainullin R.Z., Saxon M.E. // Cryo-Letters. 1988. V. 9. P. 392-403.

56. Gao, T. L., Huang, Y. Z. and Wang, J. The resistance to ischemia-reperfusion injury of the isolated heart from hibernator Citellus dauricus. Acta Sci. Nat. Univ. Pekinensi's. 1996. 32, 527 533.

57. Geiser F. Metabolic rate and body temperature reduction during hibernation and daily torpor. Annu Rev Physiol. 2004;66:239-74.

58. Grimm M, Brown JH. Beta-adrenergic receptor signaling in the heart: role of CaMKII. J Mol Cell Cardiol. 2010 Feb;48(2):322-30. Epub 2009 Oct 31. '

59. Goldhaber JI, Hamilton MA. Role of inotropic agents in the treatment of heart failure. Circulation. 2010 Apr 13;121(14): 1655-60.

60. Harrison SM, Bers DM. Influence of temperature on the calcium sensitivity of the myofilaments of skinned ventricular muscle from the rabbit. J Gen Physiol 93: 411-428, 1989.

61. Hasenfuss G, Reinecke H, Studer R, Meyer M, Pieske B, Holtz J et al. Relation between myocardial function and expression of sarcoplasmic reticulum Ca(2+)-ATPase in failing and nonfailing human myocardium. Circ Res 1994;75:434-442.

62. Hasenfuss G, Reinecke H, Studer R, Pieske B, Meyer M, Drexler H, Just H Calcium cycling proteins and force-frequency relationship in heart failure. Basic Res Cardiol. 1996; 91. Suppl. 2: 17-22.

63. Hasenfuss G, Schillinger W, Lehnart SE, Preuss M, Pieske B, Maier LS, Prestle J, Minami K, Just H. Relationship between Na+-Ca2+-exchanger protein levels and diastolic function of failing human myocardium. Circulation. 1999 Feb 9;99(5):641-8.

64. Hashimoto K, Perez NG, Kusuoka H, Baker DL, Periasamy M, Marban E. Frequencydependent changes in calcium cycling and contractile activation in SERCA2a transge:cx=^5EL-c mice. Basic Res Cardiol. 2000 Apr;95(2): 144-51.

65. Heldmaier G., Ortmann S., Elvert R. Natural hypometabolism during hibernation and —<3.aily torpor in mammals. Respir. Physiol. Neurobiol. 2004, v. 141, N 3, p. 317-329.

66. Janssen PM. Myocardial contraction-relaxation coupling. Anr J Physiol Heart Circ F*~ "trnysiol. 2010 Dec;299(6):H1741-9. Epub 2010 Sep 17.

67. Ji Y, Lalli MJ, Babu GJ, Xu Y, Kirkpatrick DL, Liu LH et al. Disruption of a singli of the SERCA2 gene results in altered-Ca2+ homeostasis and cardiomyocyte functi< Biol Chem 2000;275:38073-38080; , ' . " .

68. Jinka TR, Teien 0, Drew KL. Season primes the brain in an arctic hibernator to faciHHHitate entrance into torpor mediated by adenosine A(l) receptors. J Neurosci. 2011 Jul27;31(30): 10752-8.

69. Johansson B:W. Heart and circulation in hibernators. In: Fisher K. C., Dawe A. R., li -yman C. P., Schonbaum E., South F. E. Mammalian Hibernation III: New York, Oliver ZZE^oyd, Ltd and American Elsevier. 1967, p. 200-218.

70. Johansson B. W. The hibernating heart Nature's model of resistance to ventricular— fibrillation. Cardiovascular Research. 1996, v. 31, p. 826-832.

71. Juggi JS. Effect of ischemia-reperfusion on the post-rest inotropy of isolated perfiis« heart. J Cell Mol Med. 2002 Oct-Dec;6(4):621-30.

72. Ju YK, Chu Y, Chaulet H, Lai D, Gervasio OL, Graham RM, Cannell MB, Allen DG.Store-operated Ca2+ influx and expression of TRPC genes in mouse sinoatrial node. Circ Res. 2007 Jun 8;100(11):1605-14. Epub 2007 May 3.

73. Kadambi VJ, Ball N, Kranias EG, Walsh RA, Hoit BD. Modulation of force-frequency relation by phospholamban in genetically engineered mice. Am J Physiol. 1999 Jun;276(6 Pt 2):H2245-50.

74. Kamiyma A., Matsuda K. Elektrophysiological properties of the canine ventricular fiber. Jap. J. Physiol., 1966, 407 420.

75. Kaftan E, Marks AR, Ehrlich BE. Effects of rapamycin on ryanodine receptor/Ca(2+)-release channels from cardiac muscle. Circulation Research 1996;78(6):990-997.

76. Kassiri Z, Myers R, Kaprielian R, Banijamali HS, Backx PH. Rate-dependent changes of twitch force duration in rat cardiac trabeculae: a property of the contractile system. J Physiol. 2000 Apr 1;524 Pt 1:221-31.

77. Keef KD, Hume JR, Zhong J. Regulation of cardiac and smooth muscle Ca(2+) channels (Ca(V)1.2a,b) by protein kinases. Am J Physiol Cell Physiol 2001;281(6):C 1743-56.

78. Khromov, A. S., Srebnitskaya, L. K. and Rogdestvenskaya, Z. E. Low-temperature-induced calcium sensitivity changes in ground squirrels skinned trabeculae muscle. Cryo. Lett. 1990. 11,331 -336.

79. Koch-Weser J, Blinks JR. The influence of the interval between beats on the vyocardisl contractility. Pharmacol. Rew. 1963. 15. 601 -652.

80. Kokoz YuM, Grichenko AS, Korystova AF, Lankina DA, Pimenov OYu, Markevich N1. The regulation of L-type Ca2+ currents in cardiac myocytes of hibernating animals. Membr Cell Biol. 2000;14(2):277-84.

81. Kondo, N. Shibata, S. Calcium source for excitation-concentration coupling in myocardium of nonhibernating and hibernating chipmunks. Science. 1984, v. 225, p. 641 -643.

82. Kondo, N. Excitation-contraction coupling in myocardium of nonhibernating and hibernating chipmunks: effects of isoprenaline, a high calcium medium and ryanodine. Circ. Res. 1986; v. 59, p. 221 228.

83. Kondo, N. Electrophysiological effects of Ca antagonists, tetrodotoxin, Ca.o and [Na]o on myocardium of hibernating chipmunks: possible involvement of Na-Ca exchange mechanism. Br. J. Pharmacol. 1987, v. 91, p. 315 319.

84. Kushnir A, Shan J, Betzenhauser MJ, Reiken S, Marks AR.Role of CaMKIIdelta phosphorylation of the cardiac ryanodine receptor in the force frequency relationship and heart failure. Proc Natl Acad Sci U S-A. 2010 Jun 1;107(22): 10274-9.

85. Lakatta, E. G. Functional implications of spontaneous sarcoplasmic reticulum Ca2+ release in the heart. Cardiovasc. Res. 1992, v. 26, p. 193-214.

86. Lamberts RR, Hamdani N, Soekhoe TW, Boontje NM, Zaremba R, Walker LA, de Tombe PP, van der Yelden J, Stienen GJ.Frequency-dependent myofilament Ca2+ desensitization in failing rat myocardium. J Physiol. 2007 Jul 15;582(Pt 2):695-709.

87. Laver DR. Ca2+ stores regulate ryanodine receptor Ca2+ release channels via luminal and cytosolic Ca2+ sites. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2007 Sep;34(9):889-96. Review.

88. Lee S. L., Mainwood G. W., Korecky B. The electrical and mechanical response of rat papillary muscle to paired pulse stimulation. Can. J. Phys. Pharm., 1970. V. 48, pp. 216 -225.

89. Lehnart SE, Schillinger W, Pieske B, Prestle J, Just H, Hasenfuss G. Sarcoplasmic reticulum proteins in heart failure. Ann N Y Acad Sci 1998 Sep 16; 853: 220 30.

90. Lehnart SE, Maier LS, Hasenfuss G. Abnormalities of calcium metabolism and myocardial contractility depression in the failing heart. Heart Fail Rev. 2009 Dec; 14(4):213-24.

91. Li K, Rouleau JL. Tension-frequency relationships in normal and cardiomyopathic dog and hamster myocardium. J Mol Cell Cardiol. 1995 Jun;27(6):1251-61.

92. Li L, Chu G, Kranias EG, Bers DM. Cardiac myocyte calcium transport in phospholamban knockout mouse: relaxation and endogenous CaMKII effects. Am J Physiol Heart Circ Physiol 274: H1335-H1347, 1998.

93. Li XC, Wei L, Zhang GQ, Bai ZL, Hu YY, Zhou P, Bai SH, Chai Z, Lakatta EG, Hao XM, Wang SQ. Ca2+ cycling in heart cells from ground squirrels: adaptive strategies for intracellular Ca2+ homeostasis. PLoS One. 2011; 6(9):e24787.

94. Liu B, Wohlfart B, Johansson BW.Mechanical restitution at different temperatures inpapillary muscles from rabbit, rat, and hedgehog. Cryobiology. 1990 Dec;27(6):596-604.

95. Liu B, Arlock P, Wohlfart B, Johansson BW. Temperature effects on the Na and Ca. currents in rat and hedgehog ventricular muscle. Cryobiology. 1991, v. 28, p. 96-104.

96. Liu, B., Belke, D. D. and Wang, L. C. H. Ca2+ uptake by cardiac sarcoplasmic reticulunat low temperature in rat and ground squirrel. Am. J. Physiol. 1997, v. 272, p. 1121 1127.

97. Lukas A, Bose R. Mechanisms of frequency-induced potentiation of contractions in ' isolated rat atria. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 1986 Dec;334(4):480-7.

98. Lyman C.P., Willis J.S., Malan A., Wang L.C.H. Hibernation and torpor in mammals and birds. N.Y.-L.: Acad, press. 1982, p. 318.

99. Mackiewicz U, Lewartowski B.Temperature dependent contribution of Ca2+ transporters to relaxation in cardiac myocytes: important role of sarcolemmal Ca2+-ATPase. J Physiol Pharmacol. 2006 Mar;57(l):3-15.

100. MacLennan DH, Kranias EG. Phospholamban: a crucial regulator of cardiac contractility. Nat Rev Mol Cell Biol 2003;4:566-577.9.

101. MacLennan DH, Asahi M, Tupling AR. The regulation of SERCA-type pumps by phospholamban and sarcolipin. Ann NY Acad Sci 2003;986:472-480. ' ' "

102. Maier, L.S., Bers, D.M., Pieske, B., 2000a. Differences in Ca2'+-handling and sarcoplasmic reticulum Ca2+-content in isolated rat and rabbit myocardium. J. Mol. Cell. Cardiol. 32,2249-2258.

103. Maier(6) LS," Schwan C, Schillinger W, Minami K, Schutt U, Pieske B. Gingerol, isoproterenol and ouabain normalize impaired post-rest behaviour but not force-frequency relation in failing human myocardium. Cardiovasc Res. 2000, v. 45, N 4, p. 913-24.

104. Marengo, F. D., Wang, S. Y. and Langer, G. A. The effects of temperature upon calcium exchange in intact cultured cardiac myocytes. Cell Calcium 1997. 21,263 —273.

105. Mikane T, Araki J, Kohno K, Nakayama Y, Suzuki S, Shimizu J, Matsubara H, Hirakawa M, Takaki M, Suga H. Mechanism of constant contractile efficiency under cooling inotropy of myocardium: simulation. Am J Physiol. 1997 Dec;273(6 Pt 2):H2891-8.

106. Miller SL, Currie S, Loughrey CM, Kettlewell S, Seidler T, Reynolds DF, Hasenfuss G, Smith GL. Effects of calsequestrin over-expression on excitation-contraction coupling in isolated rabbit cardiomyocytes. Cardiovasc Res. 2005 Sep l;67(4):667-77.

107. Milsom WK, Zimmer MB, Harris MB. Regulation of cardiac rhythm in hibernating mammals. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 1999, v. 124, N 4, p. 383-91.

108. Milsom WK, Zimmer MB, Harris MB Vagal control of cardiorespiratory function in hibernation. Exp Physiol. 2001, v. 86, N 6, p. 791-6.

109. Miyamoto S, Hori M, Izumi M, Ozaki H, Karaki H. Species- and temperature-dependency of the decrease in myofilament Ca2+ sensitivity induced by beta-adrenergic stimulation. Jpn J Pharmacol. 2001 Jan;85(l):75-83.

110. Moller JV, Olesen C, Winther AM, Nissen P. The sarcoplasmic Ca2+-ATPase: design of a perfect chemi-osmotic pump. Q Rev Biophys. 2010 Nov;43(4):501-66.

111. Money-Kyrle AR, Davies CH, Ranu HK, O'Gara P, KentNS, Poole-Wilson PA, Harding SE. The role of cAMP in the frequency-dependent changes in contraction of guinea-pig cardiomyocytes. Cardiovasc Res. 1998 Feb;37(2):532-40.

112. Negretti N, O'Neill SC, Eisner DA. The effects of inhibitors of sarcoplasmic reticulumfunction on the systolic Ca2+ transient in rat ventricular myocytes. J'Physiol. 1993

113. Aug;468:35-52. ' • . . ■ ■

114. Oceandy D, Stanley PJ, Cartwright EJ, Ncyses L. The regulatory function of plasmamembrane Ca(2+)-ATPase (PMCA) in the heart: Biochem Soc Trans. 2007 Nov;35(Pt5.:927-30. " . •

115. Orchard; G.H., Lákatta, E.G., Intracellular.calcium transients and developed.tension in rat heart muscle. A mechanism for the negative interval--strength relationship. J. Gen. Physiol. 1985.86,637-651. ' ' . . v / .

116. O'Shea JE, Evans BK. Innervation of bat heart: cholinergic and.adrenergic nerves , innervate all chambers. Am J Physiol. 1985 Oct;249(4 Pt 2):II876-82;

117. Pedérsen, P: L. and.Carafoli, E. Ion motive ATPases. I. Ubiquity, properties, and: significance to cell function. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, 146-150.

118. Penefsky ZJ.The determinants of contractility in the heart. Comp Biochem Physiol Physiol. 1994 Sep;109(l):l-22.

119. Periasamy M, Reed TD, Liu LH, Ji Y, Loukianov E, Paul RJ et al. Impaired cardiacperformance in heterozygous mice with a null mutation in the sarco(endo)plasmicreticulum Ca2+-ATPase isoform 2 (SERCA2) gene. J Biol Chem 1999;274:2556-2562.

120. Periasamy M, Huke S. SERCA pump level is a critical determinant of Ca(2+) homeostasis and cardiac contractility. J Mol Cell Cardiol 2001; 33:1053—1063.

121. Periasamy M, Bhupathy P, Babu GJ. Regulation of sarcoplasmic reticulum Ca2+ ATPase pump expression and its relevance to cardiac muscle physiology and pathology. Cardiovasc Res. 2008 Jan 15;77(2):265-73. Epub 2007 Oct 30.

122. Perret M, Aujard F. Daily hypothermia and torpor in a tropical primate: synchronization by 24-h light-dark cycle. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2001 Dec;281(6):R1925-33. .

123. Pieske B, Schlotthauer K, Schattmann J, Beyersdorf F, Martin J, Just H, Hasenfuss G. Ca(2+)-dependent and Ca(2+)-independent regulation of contractility in isolated human myocardium. Basic Res Cardiol 1996, v. 92 N 1, p. 75-86.

124. Pieske B, Maier LS, Bers DM, Hasenfuss G. Ca2+ handling and sarcoplasmic reticulum Ca2+ content in isolated failing and nonfailing human myocardium. Circ Res 1999 Jul 9;85(l):38-46.

125. Pleschka K, Heinrich A, Witte K, Lemmer B. Diurnal and seasonal changes in sympathetic signal transduction in cardiac ventricles of European hamsters. Am J Physiol. 1996 Jan;270(l Pt 2):R304-9.

126. Pogwizd SM, Bers DM. Na/Ca exchange in heart failure: contractile dysfunction and arrhythmogenesis. Ann N Y Acad Sci. 2002, v. 976, p. 454-65.

127. Raman S, Kelley MA, Janssen PM. Effect of muscle dimensions on trabecular contractile performance under physiological conditions. Pflugers Arch. 2006 Feb;451(5):625-30.

128. Ramirez-Correa GA, Murphy AM. Is phospholamban or troponin I the "prima donna" inbeta-adrenergic induced lusitropy? Circ Res. 2007 Aug 17;101(4):326-7.

129. Reuter H, Zobel C, Brixius K, Bolck B, Schwinger RH. The force-frequency relationship is dependent on Ca(2+)-influx via L-type- and SR-Ca(2+)-channels in human heart. Basic Res Cardiol. 1999, v. 94, N 3, p. 159-70.

130. Rosenquist, T. H. Ultrastructural changes in the plasma membrane and SR of myocardial cells during hibernation. Cryobiol. 1970, v. 7, p. 14 18.

131. Salido GM, Sage SO, Rosado JA.Biochemical and functional properties of the store-operated Ca2+ channels. Cell Signal. 2009 Apr;21(4):457-61. Epub 2008 Nov 13.

132. Schultz J, Glascock BJ, Witt SA, Nieman ML, Nattamai KJ, Liu LH et al. Accelerated onset of heart failure in mice during pressure overload with chronically decreased SERCA2 calcium pump activity. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2004;286:H1146-H1153.

133. Schouten VJ, van Deen JK, de Tombe P, Verveen AA. Force-interval relationship in heart muscle of mammals. A calcium compartment model. Biophys J. 1987, v. 51, N 1, p. 13-26.

134. Schouten VJ, ter Keurs HE. Role of lea and Na+/Ca2+ exchange in the force-frequency relationship of rat heart muscle. J Mol Cell Cardiol. 1991 Sep;23(9): 1039-50.

135. Shannon TR, Pogwizd SM, Bers DM. Elevated sarcoplasmic reticulum Ca leak in intact ventricular myocytes from rabbits in heart failure. Circ Res. 2003;93:592-594.

136. Shattock MJ, Bers DM. Inotropic response to hypothermia and the temperature-dependence of ryanodine action in isolated rabbit and rat ventricular muscle: implications for excitation-contraction coupling. Circ Res. 1987 Dec;6l(6):761-71.

137. Sitsapesan, R. and Williams, A. J. Regulation of current flow through ryanodine receptors by luminal Ca2+. J. Membr. Biol. 1997, v. 59, p. 179 -185.

138. Skepper J. N. and Navaratnam V. Ultrastructural features of left ventricular myocytes in active and torpid hamsters compared with rats: a morphometric study. J. Anat. 1995, v. 186, p. 585-592.

139. Somura F, Hideo I et al., Reduced myocardial SR Ca-ATP-ase mRNA expression and biphasic FFR in patients with hypertrophic cardiomyopathy. Circulation. 2001. V. 104 (6). 658-664.

140. Spencer CI, Morner SE, Noble MI, Seed WA Effects of nifedipine and low Ca2+. on mechanical restitution during hypothermia in guinea pig papillary muscles. Basic Res Cardiol. 1993, v. 88, N 2, p. 111-119.

141. Spencer CI, Morner SE, Noble MI, Seed WA. Influences of stimulation frequency and temperature on interval-force relationships in guinea-pig papillary muscles. Acta Physiol' Scand. 1994, v. 150, N 1, p. 11-20.

142. Stelzer JE, Patel JR, Moss RL. Acceleration of stretch activation in murine myocardium due to phosphorylation of myosin regulatory light chain. J Gen Physiol. 2006 Sep;128(3):261-72.

143. Stuyvers BD, McCulloch AD, Guo J, Duff HJ, ter Keurs HE. Effect of stimulation rate, sarcomere length and Ca(2+) on force generation by mouse cardiac muscle. J Physiol. 2002 Nov l;544(Pt3):817-30.

144. Storey KB. Out cold: biochemical regulation of mammalian hibernation a mini-review. Gerontology. 2010;56(2):220-30. Epub 2009 Jul 14.

145. Stowe DF, Fujita S, An J, Paulsen RA, Varadarajan SG, Smart SC. Modulation of myocardial function and Ca2+. sensitivity by moderate hypothermia in guinea pig isolated hearts. Am J Physiol. 1999 Dec;277(6 Pt 2):H2321-32.

146. SugaH. Global cardiac function: mechano-energetico-informatics. J Biomech. 2003, v. 36, N5, p. 713-20.

147. Swan H., Jenkins D., Knox K. Antimetabilic extract from the brain of Protopterus ciethiopicus II Nature, V. 217, № 129, P. 671, 1968.

148. Tada M. Molecular structure and function of phospholamban in regulating the calcium pump from sarcoplasmic reticulum. AnnNY Acad Sci 1992;671:92-102. discussion 102103.

149. Tang, Y. J., Wang, S. Q. and Zhou, Z. Q. Seasonal variation in ultrastructure and Ca2+ uptake rate of cardiac sarcoplasmic reticulum in ground squirrels. Acta Physiol. Sinica 1995, v. 547, p. 478 -483.

150. Terentyev D, Viatchenko-Karpinski S, Valdivia HH, Escobar AL, Gyorke S. Luminal Ca2+ controls termination and refractory behavior of Ca2+-induced Ca2+ release in cardiac myocytes. Circ Res 2002;91: 414- 20.

151. Tong CW, Gaffin RD, Zawieja DC, Muthuchamy M. Roles of phosphorylation of myosin binding protein-C and troponin I in mouse cardiac muscle twitch dynamics. J Physiol. 2004 Aug l;558(Pt 3):927-41.

152. T0ien 0, Blake J, Edgar DM, Grahn DA, Heller HC, Barnes BM. Hibernation in black bears: independence of metabolic suppression from body temperature. Science. 2011 Feb 18;331(6019):906-9.

153. Toyoshima C. How Ca2+-ATPase pumps ions across the sarcoplasmic reticulum membrane. Biochim Biophys Acta. 2009 Jun;1793(6):941-6. Review.

154. Treinys R, Jurevicius J. L-type Ca2+ channels in the heart: structure and regulation. Medicina (Kaunas). 2008;44(7):491-9.

155. Vassallo DV, Lima EQ, Campagnaro P, Stefanon I, Leite CM, Mill JG. Effects of isoproterenol on the mechanical activity of isolated papillary muscles and perfused rat hearts in various calcium concentrations. Pharmacol Res. 1994 Apr;29(3):251-60.

156. Verduyn SC, Zaremba R, van der Velden J, Stienen GJ. Effects of contractile protein phosphorylation on force development in permeabilized rat cardiac myocytes. Basic Res Cardiol. 2007 Nov; 102(6):476-87.

157. Wang, L. C. H. Mammalian hibernation: an escape from the cold. In Advances in Comparative and Environmental Physiology, Berlin: Springer-Yerlag. 1988, p. 1-45.

158. Wang, S. Q., Feng, Q. Zhou, Z. Q. Experimental analysis of the calcium source for cardiac excitation-contraction coupling in ground squirrel. Acta Physiol. Sinica 1995. 47, 551 -558.

159. Wang, S. Q., Cao, H. Zhou, Z. Q. Temperature dependence of the myocardial excitability of ground squirrel and rat. J. Thermal Biol. 1997, v. 22, p. 195 -199.

160. Wang, S. Q. Zhou, Z. Q. Medical significance of cardiovascular function in hibernating mammals. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 1999a, v. 26, p. 837 -839.

161. Wang, S. Q. Zhou, Z. Q. Alpha-stat calibration of indo-1 fluorescence and measurement of intracellular free calcium in rat ventricular cells at different temperatures. C. Life Sci. 1999b, v. 65, p. 871 -877.

162. Wang, S. Q., Hong, Q. Zhou, Z. Q. Recording of calcium transient and analysis of calcium removal mechanisms in cardiac myocytes from rats and ground squirrels. C. Life Sci. 2000, v. 43, p. 191 -199.

163. Wang SQ, Lakatta EG, Cheng H, Zhou ZQ. Adaptive mechanisms of intracellular calcium homeostasis in mammalian hibernators. J Exp Biol. 2002, v. 205, p. 2957-62.

164. Wang SQ, Cheng H, Myers AC, Canning BJ, Xu KY. Positive inotropic effect induced by sequence-specific Na+,K+-ATPase antibody in intact cardiac myocytes. Ann N Y Acad Sci. 2003 Apr;986:630-2.

165. Wasserstrom JA, Vites AM. Activation of contraction in cat ventricular myocytes: effects of low Cd(2+) concentration and temperature. Am J Physiol. 1999 Aug;277(2 Pt 2):H488-98.

166. Wawrzynow A, Theibert JL, Murphy C, Jona I, Martonosi A, Collins JH. Sarcolipin, the "proteolipid" of skeletal muscle sarcoplasmic reticulum, is a unique, amphipathic, 31-residue peptide. Arch Biochem Biophys. 1992 Nov l;298(2):620-3.

167. Weisser-Thomas J, Piacentino V 3rd, Gaughan JP, Margulies K, Houser SR. Calcium entry via Na/Ca exchange during the action potential directly contributes to contraction of failing human ventricular myocytes. Cardiovasc Res. 2003 Mar 15;57(4):974-85.

168. Willis, J. S., Xu, W. and Zhao, Z. Diversities of transport of sodium in rodent red cells. Comp. Biochem. Physiol. 1992. 102,609 -614.

169. Xiao B, Sutherland C, Walsh MP, et al. Protein kinase A phosphorylation at serine-2808 of the cardiacCa2+-release channel (ryanodine receptor) does not dissociate 12.6-kDa FK506-binding protein(FKBP12.6). Circulation Research 2004;94(4):487-495.

170. Yamaguchi N, Xu L, Pasek DA, et al. Molecular basis of calmodulin binding to cardiac muscle Ca(2+) release channel (ryanodine receptor. The Journal of Biological Chemistry 2003;278(26):23480-23486.

171. Yamaguchi N, Takahashi N, Xu L, et al. Early cardiac hypertrophy in mice with impaired calmodulin regulation of cardiac muscle Ca release channel. The Journal of Clinical Investigation 2007; 117(5): 1344-1353.

172. Yano K, Zarain-Herzberg A. Sarcoplasmic reticulum calsequestrins: structural and functional properties. Mol Cell Biochem 1994; 135: 61-70.

173. Yard NJ, Chiesi M, Ball HA. Effect of cyclopiazonic acid, an inhibitor of sarcoplasmic reticulum Ca(2+)-ATPase, on the frequency-dependence of the contraction-relaxation cycle of the guinea-pig isolated atrium. Br J Pharmacol. 1994 Nov;l 13(3):1001-7.

174. Yasuda S, Coutu P, Sadayappan S, Robbins J, Metzger JM. Cardiac transgenic and gene transfer strategies converge to support an important role for troponin I in regulating relaxation in cardiac myocytes. Circ Res. 2007 Aug 17;101(4):377-86.

175. Yoshitomi O, Akiyama D, Hara T, Cho S, Tomiyasu S, Sumikawa ^Cardioprotective effects of KB-R7943, a novel inhibitor of Na+/Ca2+ exchanger, on stunned myocardium in anesthetized dogs. J Anesth. 2005;19(2):124-30.

176. Zhou, Z. Q., Dryden, W. F. and Wang, L. C. H. Seasonal and temperature dependent differensec in the staircase phenomenon of the heart tissues from Richardson's ground squirrel. J. Therm. Biol. 1987. V. 12. N 2. p. 167-169.

177. Zhou ZQ, Liu B, Dryden WF, Wang LC. Cardiac mechanical restitution in active and hibernating Richardson's ground squirrel. Am J Physiol. 1991 Feb;260(2 Pt 2):R353-8.

178. Zivadinovic D, Marjanovic M, Andjus RK. Some components of hibernation rhythms. Ann N Y Acad Sci. 2005 Jun; 1048:60-8.

179. Список публикаций по теме диссертации.1. Статьи в журналах:

180. Захарова H.M., Накипова O.B., Аверин A.C., Тихонов К.Г., Соломонов Н.Г. Модификация ритмоинотропных характеристик при охлаждении папиллярных мышц сердца гибернирующих сусликов. 2009. ДАН, т.424, № 5, с. 696-699

181. А;С. Аверин, Н.М. Захарова, Д.А. Игнатьев, С.В. Тарлачков, О.В. Накипова. Влияние изопротеренола на сократимость папиллярных мышц сердца суслика. Биофизика, 2010. Т. 55, N 5. - С. 910-917.

182. A. Averin, N.M. Zakharova, O.V. Nakipova. Influence of temperature on force-frequency relationship in papillary muscles of ground squirrel's myocardium. Biological motility: achievements and perspectives. Pushchino, 2008, v.l, p.63-66

183. Аверин А.С. Захарова Н.М. Накипова О.В. Сезонные особенности адаптивной способности сердца зимоспящих сусликов к изменению температуры. 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых. Биология — наука XXI века, г. Пущино, 17-21 апреля, 2006, с. 105

184. Zakharova NM Averin AS Nakipova OV. The force-frequency relationship in the heart of hibernationing animals (Citellus undulatus) in different physiological states: Dependence from temperature. VIII Word Congress ISAM, June 21-24, 2006, Moscow, p. 130

185. Аверин A.C., Алешкевич E.B., Тарлачков С.В. Особенности влияния гипотермии на силу сокращения сердца суслика. Роль кальциевого гомеостаза. X Всероссийская медико-биологическая конференция молодых исследователей. 20-21 апреля 2007, С-Петербург, с.7-8

186. Аверин А.С., Захарова Н.М., Накипова О.В. Влияние температуры на ритмоинотропные характеристики папиллярных мышц сердца суслика. Тезисы докладов. XX съезд физиологического общества имени И. П. Павлова. 4-8 июня 2007, Москва. С. 114.

187. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю Накиповой Ольге Васильевне за всестороннюю помощь в выполнении работы.

188. Автор считает своим долгом выразить специальную благодарность заведующей Лабораторией механизмов природных гипометаболических состояний Захаровой Надежде Михайловне за всестороннее содействие в выполнении диссертационной работы.

189. Отдельную благодарность автор выражает разработчикам программного обеспечения Николаю Карпуку и Сергею Талачкову. А также Косарскому Леониду Сергеевичу за техническое содействие в экспериментальной работе.

Информация о работе

Аверин, Алексей Сергеевич
кандидата биологических наук
Пущино, 2011
ВАК 03.01.02

Диссертация

Ритмоинотропные явления в миокарде суслика как отражение состояния кальциевого гомеостаза. Роль температуры и β-адренергической стимуляции - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы