Effects of Thymol on Cardiac and Skeletal Muscle

A timol és analógjai a természetben széles körben előforduló aromás fenolszármazékok. Közülük többnek baktericid, fungicid és antioxidáns tulajdonságai miatt számtalan ipari és gyógyászati felhasználása van. Emiatt a szerek gyakran kerülnek be az emberi szervezetbe majd lipidoldékonyságuk következtében a sejtmembránba beoldódva és ott feldúsulva befolyásolhatják a különböző sejtműködéseket. Kísérleteink során célunk az volt, hogy megvizsgáljuk a timolnak és analógjainak emlős szívizomsejtek akciós potenciáljának morfológiájára és ionáramaira kifejtett hatásait. Továbbá kíváncsiak voltunk arra is, hogy a timol hatása a vázizomrostok ionáramaira hasonló-e a szívizomsejtek ionáramaira kifejtett hatásához. Ezen túlmenően azt vizsgáltuk, hogy a szívizom összehúzódását és a szívizomsejtek kalcium homeosztázisát hogyan befolyásolja a timol. Vizsgálatainkat kutya bal kamrájából származó, enzimatikusan izolált szívizomsejteken végeztük. A membránpotenciál változásait konvencionális mikroelektród segítségével mértük, az ionáramokat a patch-clamp technika teljes-sejtes konfigurációjában regisztráltuk. A harántcsíkolt izomrostokat patkány musculus digitorum communisából nyertük és azok ionáramait kettős vazelin gap technikával feszültség-clamp körülmények között mértük. Kísérleteink másik részét Langendorff szerint perfundált tengerimalac szíven végeztük. A kalciumhomeosztázis vizsgálatához kutya bal kamrájából izolált nehéz SR vezikulákat és tisztított RyR-t használtunk, míg a kontrakciós erőméréseket kutya jobb kamrai trabekuláris izmain végeztük. A kontrakciós erőt kapacitív mechano-elektronikus jelátalakító segítségével határoztuk meg, a RyR-ral végzett mérésekben pedig a single channel technikát használtuk. Az SR kalciumpumpa működését „kapcsolt enzim-assay” segítségével, az SR-ből történő kalcium felszabadulást pedig az extracelluláris térben bekövetkező Ca2+-koncentráció változások kalciumérzékeny festékkel történő detektálásával követtük nyomon. A timol kutya bal kamrai szívizomsejtek akciós potenciálját koncentrációfüggő módon rövidítette, deprimálta az AP plátó fázisát és csökkentette a korai gyors repolarizáció mértékét. Ezen hatásaival összhangban gátolta ugyanezen sejteken az általunk vizsgált összes ionáramot. A timol egyaránt gátolta a tranziens kifelé irányuló és a befelé egyenirányító kálium áramot, valamint a késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponensét. A molekula nem befolyásolta az általunk vizsgált káliumáramok kinetikai paramétereit. Ezzel szemben a timol gyorsította az L-típusú kalciumáram inaktivációját, de nem volt hatással annak áram-feszültség összefüggésére és a steady-state aktiváció feszültségfüggésére sem. A 46 molekula lassította a kalcium csatornák inaktivációból történő visszatérését és balra tolta a steady-state inaktiváció feszültségfüggését. Egészséges humán szívizomsejteken a molekula kalcium áramra kifejtett hatása nagymértékben hasonlónak bizonyult a kutyában megfigyeltekhez képest, bár kisebb mennyiségi különbségek adódtak. Az általunk vizsgált timol analógok közül a vanillin és a guaiakol nem befolyásolta kutya szívizomsejtek L-típusú kalcium áramát, a zingeron pedig csak nagy koncentrációban gátolta az áramot. A karvakrol és az eugenol a timolhoz hasonló hatással volt az ICa-L–ra, de a molekulák az áram eltérő mértékű gátlását hozták létre. Mind a karvakrol, mind az eugenol koncentrációfüggő módon csökkentette a kalciumáram amplitúdóját, gyorsította annak időfüggő inaktivációját, lassította a kalcium csatornák inaktivációból történő visszatérését és balra tolta a steady-state inaktivációjának feszültségfüggését. A két analóg közül az összes hatás esetében a karvakrol bizonyult hatékonyabbnak. A karvakrol kutya szívizomsejtek kalcium áramára kifejtett hatásai jó egyezést mutattak az egészséges humán szívizomsejtek kalcium áramának mérése során nyert eredményeinkkel. Kísérleteink eredményei alapján kijelenthetjük, hogy mind a timol, mind pedig a karvakrol kalcium áramra kifejtett hatásainak vizsgálatánál a kutya szívizomsejtjei a humán sejtek jó modelljének tekinthetők. A timol a szívizomsejtekhez hasonlóan patkány harántcsíkolt izomrostjain is koncentrációfüggő módon gátolta a kalcium és a kálium áramokat. A timol kis koncentrációban lassította, nagyobb koncentrációban pedig gyorsította a kalciumáram aktivációját és inaktivációját is. Ezzel szemben a timol nem befolyásolta a kalciumáram csúcsértékének és steady-state aktivációjának feszültségfüggését. Patkány harántcsíkolt izomrostjain a káliumáram csúcsértékének feszültségfüggését és az áram aktivációját a timol nem befolyásolta, de gyorsította az áramok időfüggő inaktivációját. Mérési eredményeink szerint a timol koncentrációfüggő módon csökkentette a kontrakciós erőt kutya trabekuláris izmokon és ezen negatív inotróp hatása a Langendorff szerint perfundált tengerimalac szíven is kialakult. Az utóbbi preparátumon a szisztolés nyomás csökkenése mellett a diasztolés nyomás növekedését tapasztaltuk, mely eredményekkel összhangban változott az intracelluláris kalciumkoncentráció is. A timol amellett, hogy gátolta az SR kalcium-pumpát, a RyR aktiválásán keresztül koncentrációfüggő módon kalciumfelszabadulást hozott létre kutya nehéz SR vezikulákból. Thymol and its analogues (carvacrol, eugenol, vanillin, guaiacol and zingerone) are phenol derivatives and can be found in many natural substances. Many of them have potent antioxidant, bactericide and fungicide properties and therefore wildly used in medical practice, cosmetics, agriculture and food industry. Because of the widespread application of these drugs they often enter the human body and can modify the function of the cells. The aim of the present study was to explore the effects of thymol and its analogues on the action potential and ionic currents of mammalian myocardium. We also wanted to compare the effects of thymol on the ionic currents in cardiomyocytes and in skeletal muscle cells. Beyond these we examined the effects of thymol on the contractility and calcium handling of mammalian myocardium. Thymol shortened the action potential of canine left ventricular myocytes, depressed the plateau phase of the action potential and decreased its early repolarization phase in a concentration dependent manner. These effects of the drug were congruent with the effects of thymol on the examined ionic currents. Thymol inhibited both the inward rectifier and the transient outward potassium current and the slow and fast component of the delayed rectifier potassium current in a concentration dependent manner. Thymol accelerated the inactivation of the L-type calcium current and shifted its steady-state inactivation curve toward more negative potentials. Thymol increased the time constant of the recovery from inactivation. Effects of thymol on the calcium current of human myocytes were qualitatively similar to those obtained in canine cells. Thymol inhibited the calcium and potassium currents of rat skeletal muscle cells in a concentration dependent manner similarly to canine cardiomyocytes. Thymol decreased the force of contraction of both canine right ventricular trabecular muscle and Langendorff perfused guinea-pig hearts in a concentration dependent manner. In the latter thymol decreased the systolic and increased the diastolic pressure and congruent changes were observed in the intracellular calcium concentration. On canine heavy sarcoplasmic reticulum vesicules thymol inhibited the calcium pump, caused an activation of the ryanodine receptor and released calcium in a concentration dependent manner. Vanillin and guaiacol failed to alter the L-type calcium current of canine ventricular myocytes, while zingerone inhibited this current only at high concentrations. The effects of eugenol and carvacrol on the calcium current were similar to those in thymol and carvacrol was more effective. Effects of carvacrol on the calcium current of human myocytes were similar to those obtained in canine cells.Ph