la relación entre diferentes procesos
los hallazgos anteriores involucran tres procesos separados que participan en la función regular de los cardiomiocitos; la contracción mecánica, los transitorios de calcio y la tasa de liberación de CK. Si unos pocos mecanismos diferentes o un camino de influencia común es responsable de estos efectos sigue siendo una pregunta abierta., La terminación abrupta de las contracciones mecánicas espontáneas fue acompañada por una disminución gradual de la amplitud de los transitorios de calcio y un mayor tiempo de subida. Estas dos observaciones significan una reducción en la cantidad y el ritmo de entrada de calcio al citosol. Combinado con el excelente parecido entre la dependencia temporal de la tasa de contracción mecánica y la fuerza de contracción estimada, sugiere que una reducción en el calcio intracelular es probablemente la causa de la suspensión de la contracción cuando la amplitud de los transitorios de calcio disminuye por debajo de un cierto umbral., Otra justificación para la conexión entre estos dos efectos es el aumento de la tasa de contracción durante los primeros 20 minutos de aplicación de campo. El aumento de la tasa de contracción puede ser una manifestación de una carga de SR reducida. El aumento de la tasa debido a un menor tiempo de relajación disminuye el flujo de calcio y,por lo tanto,contrarresta la reducción en el reservoir12, 13, 14 de calcio y permite a la célula superar la reducción en el reservorio de calcio SR.,
tanto la contracción mecánica como el equilibrio de calcio intracelular dependen fuertemente de la cantidad de CK en el citoplasma, siendo un jugador clave en el mecanismo de mantenimiento de energía15. Durante condiciones normales, la tasa de liberación de CK es extremadamente baja ~5% del contenido de la célula en 1.5 horas. Por lo tanto, es poco probable que las variaciones observadas en la liberación de CK influyan significativamente en el balance de energía e impidan las contracciones mecánicas. Otro vínculo potencial es a través de la exocitosis influenciada por el calcio. Las variaciones de la concentración de calcio intracelular pueden influir en la tasa de exocitosis y quanta16, 17, 18., Por lo tanto, si el campo magnético ScR influye en la homeostasis del calcio, puede afectar indirectamente la exocitosis y la cantidad de CK liberada al tampón. Se observó un aumento de la reducción de la tasa de liberación de CK durante condiciones de estrés hipóxico y oxidativo. Sugiere otra posible relación debido al acoplamiento entre las vías de señalización de calcio y ROS 19,20,21. El estrés oxidativo eleva la concentración de calcio intracelular y el aumento de la concentración de calcio activa las enzimas generadoras de ROS. Se demostró que el aumento de los niveles de ROS causaba fugas prolongadas de SR y agotamiento de Ca2+ 22.,
influencia en la homeostasis del calcio
el hecho de que el campo de 7,8 Hz, 90 nT MF no influyó en la concentración diastólica de Ca2+ y tuvo solo un efecto menor en el tiempo de disminución indica que la disminución considerable en la amplitud del calcio no puede atribuirse únicamente a una influencia directa en los mecanismos del intercambiador de sodio-calcio (NCX) y del retículo endoplasmático Sarco Ca2+ ATPasa (SERCA)., La gran disminución de la amplitud transitoria del calcio y el prolongado tiempo de subida sugieren una influencia del SCR MF en uno de los dos principales mecanismos responsables de la entrada de calcio al citosol; el influjo de calcio (a través de canales de calcio dependientes del voltaje Tipo L) y la liberación de calcio del SR, desencadenada por la corriente de influjo de Ca2+. El mal funcionamiento de uno de estos dos mecanismos debería traducirse en una entrada más lenta de calcio y, por lo tanto, en un tiempo de aumento prolongado y una menor amplitud transitoria., Se observó una reducción similar en la amplitud transitoria de calcio causada por ScR MF en cultivos de músculo esquelético de ratas (por publicar). Sugiere que la liberación de calcio de la SR es el objetivo como «CA inducida Ca liberación» no es relevante en el músculo esquelético.
influencia en la liberación de CK
la terminación de las contracciones Mecánicas y la reducción de la concentración de calcio durante la contracción espontánea de los cardiomiocitos tras la aplicación del campo ScR podrían sugerir un deterioro en la actividad propia de las células., Por lo tanto, examinamos la influencia del campo ScR en la liberación de CK al buffer. La tasa de liberación de CK es lenta y fue inconmensurable después de 45 minutos (menor que la desviación estándar), en la que se produjo la disminución de la amplitud transitoria del calcio. La cantidad promedio de liberación de CK es de ~10% del contenido de las celdas en 90 minutos. Un cambio tan pequeño parece poco probable que indique significativamente una influencia sustancial en el balance energético o la viabilidad celular e impida las contracciones mecánicas., Además, con el fin de verificar que una menor liberación de CK debido a la exposición de campo no resultó de una menor viabilidad celular, estudiamos la influencia en la viabilidad celular utilizando el procedimiento de tinción de yoduro de propidio (IP) (datos no presentados). Los valores de PI fueron consistentes con la liberación de CK (es decir, valores de PI más bajos para las muestras con liberación de CK reducida) y, por lo tanto, implican células más viables debido a la aplicación de campo.
el daño dependiente \({\Delta} _{Protection}\) apareció en el experimento de hipoxia a pesar de que el campo se aplicó antes del daño hipóxico., Esto es opuesto a los resultados de estrés oxidativo, en los que el término dependiente del daño, \({\Delta }_{protección}\), apareció solo cuando el SCR MF se aplicó simultáneamente con el estrés oxidativo. Atribuimos esta discrepancia al aumento gradual vs.abrupto de los niveles de ROS en los experimentos de estrés hipóxico y oxidativo.
dependencia de los parámetros del campo magnético
debido a la complejidad y los múltiples factores y mecanismos involucrados, descubrir el mecanismo físico detrás del efecto SCR MF es una tarea complicada, más allá del alcance de este trabajo., Sin embargo, la dependencia del efecto sobre los parámetros MF aplicados puede apuntar hacia un mecanismo de magnetorrecepción.
tanto las contracciones mecánicas como la tasa de liberación de CK fueron independientes de la magnitud de MF. Esta propiedad descarta algunas de las explicaciones físicas propuestas, como la resonancia estocástica, la explicación de corrientes de Foucault, La explicación de resonancia paramétrica de ciclotrón iónico en la que la magnitud de los efectos depende de la relación entre las amplitudes oscilantes y estáticas de MF, y la teoría de recombinación de pares radicales., Otra opción es que exista un cierto umbral por encima del cual el efecto sea plausible. El umbral podría ser de origen físico o biológico.
las amplitudes extremadamente débiles del MF aplicado (18 pT-90 nT) establecen otra restricción y eliminan algunas de las explicaciones propuestas. La influencia en la recombinación de pares radicales, por ejemplo, puede producir un efecto significativo solo en magnitudes de campo más elevados23 (1-10 mT, ver Grissom, 1995). La resonancia estocástica puede amplificar una señal solo en un factor de 100 y, por lo tanto, es menos probable que sea relevante para el efecto Scr24.,
el carácter específico de frecuencia del efecto ScR rechaza la explicación de recombinación de pares radicales que carece del mecanismo de selectividad de frecuencia. La explicación de la corriente de Foucault presenta una dependencia lineal de la frecuencia de los campos y, por lo tanto, irrelevante para el efecto ScR. Una de las teorías populares que explican la influencia de la débil ELF MF s en los tejidos biológicos es el efecto ciclotrón iónico. Otros27, 28 han examinado la influencia del campo de 16 Hz 40 nT en los transitorios espontáneos de calcio de los cardiomiocitos., Demostraron una reducción del 75% en la amplitud de los transitorios de calcio Después de 30 minutos de exposición. La frecuencia en la que el campo influyó en los transitorios de calcio, varió cuando la magnitud del campo de CC fue variada y se ajustó a la frecuencia de resonancia del ciclotrón iónico del ion potásico29. El campo geomagnético de la Tierra en Tel Aviv es de alrededor de 40 µT. Si la frecuencia del ciclotrón iónico para un campo de CC de 40 µT es de 7,8 Hz, cambiando el campo de CC a 50 µT o 30 µT, la frecuencia del ciclotrón iónico cambiará a 9,75 Hz y 5,85 Hz respectivamente., Si la influencia del campo ScR se debe a la resonancia del ciclotrón iónico, la frecuencia en la que el campo influye en los cardiomiocitos debe variar respectivamente y el campo de 7,8 Hz no influirá en la tasa de contracción. Como se describe en la sección de resultados, este no es el caso, y el campo magnético de 7,8 Hz influye en la tasa de contracción espontánea incluso cuando se aplica un DC magnético adicional, y por lo tanto podemos descartar el efecto ciclotrón iónico.,
el hecho de que la frecuencia del ciclotrón iónico sea la única frecuencia de resonancia característica adecuada para el rango de frecuencia ScR, pero irrelevante para el efecto ScR, hace que la sintonización biológica, como la sintonización de las células ciliadas cocleares de la tortuga, sea una explicación más probable. La frecuencia de resonancia de una célula ciliada específica está determinada por el número específico y la cinética de los canales de potasio activados por calcio (BK) 30,31. Este mecanismo apoya la hipótesis de inducción eléctrica como posible precursor. Según Bellono et al .,32, la electrodetección sensible a la frecuencia de los peces elasmobranquios deriva de un umbral de activación de baja tensión del canal de calcio activado por voltaje CaV1. 3 y una conductancia de pendiente disminuida del canal de potasio activado por calcio de conductancia grande (BK). Estas características únicas dan lugar a oscilaciones de potencial de membrana (~7 Hz) que pueden servir como un dispositivo de sintonía similar al mecanismo de resonancia eléctrica de las células ciliadas., En el cardiomiocito, los canales BK aparecen ausentes del sarcolema, pero los canales están presentes en las membranas mitocondriales 33 y se demostró que están involucrados en la cardioprotección contra la isquemia a través del mecanismo dependiente de ROS 34. Esta explicación potencial, que implica la influencia de un campo eléctrico inducido en los canales BK de las mitocondrias de rata, es relevante para todos los efectos de la RSC observados: la hipoxia, el estrés oxidativo y los transitorios de calcio. Existen algunas evidencias que muestran la implicación de los canales mitocondriales BK en la cardioprotección frente a la isquemia a través del ajuste fino del estado oxidativo35,36,37., Además, se demostró que la producción de ROS en las mitocondrias regula el Ca2+ en cardiomiocitos de rata de forma bidireccional y dependiente del tiempo38. Mostraron que la producción de ROS mitocondrial inducida causó un aumento transitorio en la actividad de la chispa de Ca2+, seguido por la supresión gradual de la chispa causada parcialmente por una reducción en la carga de calcio SR en una escala de tiempo de 15 minutos., Por lo tanto, una influencia del SCR MF con inducción eléctrica como mecanismo de acoplamiento en el canal mitocondrial BK, lo que resulta en la producción de ROS puede resultar en una mayor tasa de contracción y una disminución gradual en la amplitud transitoria de calcio.