Le lien entre différents processus
Les résultats ci-dessus impliquent trois processus distincts engagés dans la fonction régulière des cardiomyocytes; La question de savoir si quelques mécanismes différents ou une voie d’influence commune sont responsables de ces effets reste ouverte., La fin abrupte des contractions mécaniques spontanées s’est accompagnée d’une diminution progressive de l’amplitude des transitoires calciques et d’un temps de montée plus long. Ces deux observations signifient une réduction de la quantité et du rythme d’entrée du calcium dans le cytosol. Combiné avec l’excellente ressemblance entre la dépendance temporelle du taux de contraction mécanique et la force de contraction estimée, il suggère qu’une réduction du calcium intracellulaire est très probablement la cause de la suspension de contraction lorsque l’amplitude des transitoires calciques diminue en dessous d’un certain seuil., Une autre justification du lien entre ces deux effets est l’augmentation du taux de contraction au cours des 20 premières minutes d’application sur le terrain. L’augmentation du taux de contraction peut être une manifestation d’une charge SR réduite. L’augmentation de la vitesse due à un temps de relaxation plus court diminue l’efflux de calcium et contrebalance donc la réduction du réservoir de calcium12,13,14 et permet à la cellule de surmonter la réduction du réservoir de calcium SR.,
La contraction mécanique et l’équilibre calcique intracellulaire dépendent fortement de la quantité de CK dans le cytoplasme, étant un acteur clé dans le mécanisme de maintien de l’énergie15. Dans des conditions normales, le taux de libération de CK est extrêmement faible ~5% du contenu de la cellule en 1,5 heure. Par conséquent, il est peu probable que les variations observées dans la libération de CK influencent significativement le bilan énergétique et entravent les contractions mécaniques. Un autre lien potentiel est l’exocytose influencée par le calcium. Les variations intracellulaires de concentration de calcium peuvent influencer le taux d’exocytose et la quantute16,17,18., Par conséquent, si le champ magnétique ScR influence l’homéostasie du calcium, il peut affecter indirectement l’exocytose et la quantité de CK libérée dans le tampon. Une réduction accrue du taux de libération de CK a été observée pendant les conditions de stress hypoxique et oxydatif. Il suggère une autre relation possible en raison du couplage entre le calcium et les voies de signalisation ROS19,20,21. Le stress oxydatif augmente la concentration intracellulaire de calcium et l’augmentation de la concentration de calcium active les enzymes génératrices de ROS. Il a été démontré que l’augmentation des niveaux de ROS provoquait des fuites prolongées de SR et un appauvrissement en Ca2+ 22.,
Influence sur l’homéostasie calcique
Le fait que le champ MF de 7,8 Hz, 90 nT n’a pas influencé la concentration diastolique de Ca2+ et n’a eu qu’un effet mineur sur le temps de diminution indique que la diminution importante de l’amplitude calcique ne peut être attribuée uniquement à une influence directe sur les mécanismes de l’Échangeur Sodium-calcium (NCX) et de la Ca2+ ATPase du Réticulum Sarco / Endoplasmique (SERCA)., La forte diminution de l’amplitude transitoire du calcium et le temps de montée prolongé suggèrent une influence du ScR MF sur l’un des deux principaux mécanismes responsables de l’entrée du calcium dans le cytosol; l’afflux de calcium (via les canaux calciques voltage-dépendants de type L) et la libération de calcium par le SR, déclenchée par le courant d’afflux de Ca2+. Le dysfonctionnement de l’un de ces deux mécanismes devrait se traduire par une entrée plus lente du calcium et donc par un temps d’augmentation prolongé et une amplitude transitoire plus faible., Une réduction similaire de l’amplitude transitoire du calcium causée par la ScR MF a été observée dans des cultures de muscles squelettiques de rats (à paraître). Il suggère que la libération de calcium par le SR est la cible car la « libération de Ca induite par le Ca » n’est pas pertinente dans le muscle squelettique.
Influence sur la libération de CK
La fin des contractions mécaniques et la réduction de la concentration en calcium lors de la contraction spontanée des cardiomyocytes suite à l’appareillage du champ ScR pourraient suggérer une détérioration de l’activité adéquate des cellules., Nous avons donc examiné l’influence du champ ScR sur la libération de CK dans le tampon. Le taux de libération de CK est lent et était incommensurable après 45 minutes (plus petit que l’écart type), dans lequel la diminution de l’amplitude transitoire du calcium s’est produite. La quantité moyenne de libération de CK est d’environ 10% du contenu des cellules en 90 minutes. Un si petit changement semble peu susceptible d’indiquer de manière significative une influence substantielle sur le bilan énergétique ou la viabilité cellulaire et d’entraver les contractions mécaniques., De plus, afin de vérifier que la diminution de la libération de CK due à l’exposition au champ ne résulte pas d’une réduction de la viabilité cellulaire, nous avons étudié l’influence sur la viabilité cellulaire en utilisant la procédure de coloration à l’iodure de propidium (PI) (données non présentées). Les valeurs de PI étaient compatibles avec la libération de CK (c.-à-d. des valeurs de PI plus faibles pour les échantillons avec une libération de CK réduite) et impliquent donc des cellules plus viables en raison de l’application sur le terrain.
Les dommages dépendants \({\Delta }_{Protection}\) sont apparus dans l’expérience d’hypoxie même si le champ a été appliqué avant les dommages hypoxiques., Ceci est par opposition aux résultats du stress oxydatif, dans lequel le terme dépendant des dommages, \({\Delta }_{Protection}\), n’est apparu que lorsque le ScR MF a été appliqué simultanément au stress oxydatif. Nous avons attribué cet écart à l’augmentation progressive par rapport à l’augmentation brutale des niveaux de ROS dans les expériences de stress hypoxique et oxydatif.
Dépendance aux paramètres du champ magnétique
En raison de la complexité et des multiples facteurs et mécanismes impliqués, découvrir le mécanisme physique derrière l’effet ScR MF est une tâche compliquée, au-delà de la portée de ce travail., Cependant, la dépendance de l’effet sur les paramètres MF appliqués peut pointer vers un mécanisme de magnétoréception.
Les contractions mécaniques et le taux de libération de CK étaient indépendants de la magnitude MF. Cette propriété exclut quelques-unes des explications physiques proposées telles que la résonance stochastique, l’explication des courants de Foucault, l’explication de la résonance paramétrique du cyclotron ionique dans laquelle l’amplitude des effets dépend du rapport entre les amplitudes MF oscillantes et statiques, et la théorie de la recombinaison de paires radicalaires., Une autre option est qu’il existe un certain seuil au-dessus duquel l’effet est plausible. Le seuil pourrait être d’origine physique ou biologique.
Les amplitudes extrêmement faibles du MF appliqué (18 pT-90 nT) établissent une autre contrainte et éliminent certaines des explications proposées. L’influence sur la recombinaison des paires radicalaires, par exemple, ne peut produire un effet significatif qu’à des amplitudes de champ plus élevées23 (1-10 mT, voir Grissom, 1995). La résonance stochastique ne peut amplifier un signal que d’un facteur 100 et est donc moins susceptible d’être pertinente pour l’effet ScR 24.,
Le caractère spécifique de fréquence de l’effet ScR rejette l’explication de recombinaison de paires radicalaires qui manque de mécanisme de sélectivité de fréquence. L’explication des courants de Foucault présente une dépendance linéaire à la fréquence des champs et donc sans rapport avec l’effet ScR. L’une des théories populaires expliquant l’influence de la faible ELF MF s dans les tissus biologiques est l’effet cyclotron ionique. D’autres27, 28 ont examiné l’influence du champ 16 Hz 40 nT sur les transitoires calciques spontanées des cardiomyocytes., Ils ont démontré une réduction de 75% de l’amplitude des transitoires calciques après 30 minutes d’exposition. La fréquence à laquelle le champ a influencé les transitoires calciques variait lorsque l’amplitude du champ continu variait et correspondait à la fréquence de résonance cyclotron ionique de l’ion potassium29. Le champ géomagnétique de la Terre à Tel Aviv est d’environ 40 µT. Si la fréquence du cyclotron ionique pour un champ continu de 40 µT est de 7,8 Hz, le déplacement du champ continu à 50 µT ou 30 µT déplacera la fréquence du cyclotron ionique à 9,75 Hz et 5,85 Hz respectivement., Si l’influence du champ ScR est due à la résonance cyclotron ionique, la fréquence à laquelle le champ influence les cardiomyocytes devrait varier respectivement et le champ de 7,8 Hz n’influencera pas le taux de contraction. Comme décrit dans la section résultats, ce n’est pas le cas, et le champ magnétique de 7,8 Hz influence le taux de contraction spontanée même lorsqu’un DC magnétique supplémentaire est appliqué, et nous pouvons donc exclure l’effet cyclotron ionique.,
Le fait que la fréquence cyclotron ionique soit la seule fréquence de résonance caractéristique adaptée à la gamme de fréquences ScR, mais sans rapport avec l’effet ScR, rend l’accord biologique tel que l’accord des cellules ciliées cochléaires de tortue, une explication plus probable. La fréquence de résonance d’une cellule ciliée spécifique est déterminée par le nombre et la cinétique spécifiques des canaux potassiques activés par le calcium (BK) 30,31. Ce mécanisme soutient l’hypothèse de l’induction électrique comme précurseur possible. Selon Bellono et coll .,32, l’électrodétection sensible à la fréquence des poissons élasmobranches dérive d’un seuil d’activation à basse tension du canal calcique voltage-gated CaV1.3 et d’une conductance de pente diminuée du canal potassique à grande conductance activé par le calcium (BK). Ces caractéristiques uniques donnent lieu à des oscillations de potentiel membranaire (~7 Hz) qui peuvent servir de dispositif d’accord similaire au mécanisme de résonance électrique des cellules ciliées., Chez les cardiomyocytes, les canaux BK semblent absents du sarcolemme, mais les canaux sont présents dans les membranes mitochondriales33 et se sont révélés impliqués dans la cardioprotection contre l’ischémie via un mécanisme dépendant du ROS34. Cette explication potentielle, impliquant une influence d’un champ électrique induit sur les canaux BK des mitochondries de rat, est pertinente pour tous les effets observés du RcS: l’hypoxie, le stress oxydatif et les transitoires calciques. Il existe des preuves montrant l’implication des canaux BK des mitochondries dans la cardioprotection contre l’ischémie via un réglage fin de l’état oxydatif35,36,37., De plus, il a été démontré que la production de ROS dans les mitochondries régule le Ca2+ dans les cardiomyocytes de rat de manière bidirectionnelle et dépendante du temps38. Ils ont montré que la production de ROS mitochondriale induite provoquait une augmentation transitoire de l’activité des étincelles de Ca2+, suivie d’une suppression progressive des étincelles partiellement causée par une réduction de la charge de calcium SR sur une échelle de temps de 15 minutes., Par conséquent, une influence du ScR MF avec l’induction électrique comme mécanisme de couplage sur le canal BK des mitochondries, entraînant la production de ROS, peut entraîner une augmentation du taux de contraction et une diminution progressive de l’amplitude transitoire du calcium.