Contractile activity and calcium cycling in ventricular myocytes exposed to NaCI hyperosmotic solution

Orientadores: Jose Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada BassaniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: A infusão intravenosa de solução hiperosmótica de NaCI tem se mostrado eficaz como tratamento único para a condição de choque hemorrágico, mas o conhecimento de seus efeitos sobre o coração ainda é limitado. Neste trabalho, desenvolvemos instrumentação para registro de encurtamento celular e investigamos o efeito direto de soluções hiperosmóticas de NaCI sobre a atividade contrátil e transientes de Ca2+ em miócitos ventriculares isolados de rato. A amplitude do encurtamento celular (?EC) e dos transientes de Ca2+ (?[Ca2+]i, medida com indo-1) foi registrada em miócitos estimulados a 0,5 Hz antes e depois do incremento da osmolaridade extracelular em 85 mOsm/l pela adição de sacarose (HiperSac) ou NaCI (HiperNac) à solução de perfusão. Variações do conteúdo de Ca2+ e da liberação fracional de Ca2+ do retículo sarcoplasmático (RS) também foram avaliadas. Simulação computacional (LabHeart v. 4.9.5) de transientes de Ca2+ e curva corrente-tensão da troca Na+-Ca2+ (NCX) foram usados para auxiliar o entendimento dos resultados. A perfusão dos miócitos com solução HiperNac provocou redução transitória, seguida de recuperação de ?[Ca2+]i e ?EC. Por outro lado, a perfusão com HiperSac reduziu de maneira persistente a ?EC, sem alterar ?[Ca2+];. O aumento da liberação fracional de Ca2+ do RS (p< 0,05) provocado pela solução HiperNac pode ter contribuído para a recuperação de ?[Ca2+];. A hiperosmolalidade per se prolongou o relaxamento, sem afetar a cinética de {Ca2+]j, possivelmente por aumento da viscosidade intracelular. A queda mais lenta de [Ca2+]; durante o transiente induzido por cafeína é compatível com redução da extrusão de Ca2+ via NCX devida ao acúmulo intracelular lento de Na+ na condição de hiperosmolaridade. Os resultados da simulação computacional estão de acordo com esta hipóteseAbstract: Intravenous injection of hyperosmolar NaCI solution has been used as the sole treatment for hemorrhagic shock, but its effects on heart muscle are not completely elucidated. In this work, we developed instrumentation for cell shortening measurement and investigated the direct effects of hyperosmolar NaCI solution on contractile activity and cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) in isolated rat ventricular myocyte. Cell shortening (LlEC) and Ca2+ transient amplitude (?[Ca2+]j, measured with indo-1) were recorded in myocytes stimulated at 0.5 Hz before and after increasing extracellular osmolarity in 85 mOsm/l by sucrose (HiperSac) or NaCI (HiperNac) addition to the perfusate. Sarcoplasmatic reticulum (RS) Ca2+ load and fractional release were estimated. Computational simulation (LabHeart, v. 4.9.5) of Ca2+ transient and Na+-Ca2+ exchange voltage-current relationship was performed. HiperNac perfusion caused transient decrease of ?[Ca2+]i and LlEC, followed bya gradual recovery. HiperSac perfusion caused a monophasic decrease of LlEC, but did not change ?[Ca2+]i. Increased fractional RS Ca2+ release (pc:; 0.05) in the presence of HiperNac may have contributed to the delayed recovery of ?[Ca2+]i. Hyperosmolarity per se prolonged cell relaxation, but did not affect [Ca2+]i decline kinetics, possibly by increased intracellular viscosity. Slower [Ca2+]i decay during caffeine-induced transients indicates decreased NCX-mediated Ca2+ efflux transport following progressive intracellular [Na+] accumulation due to extracellular hyperosmolarity. Computational simulation results agree with this hypothesisMestradoEngenharia BiomedicaMestre em Engenharia Elétric