Il collegamento tra i diversi processi
I risultati di cui sopra si basano su tre distinti processi impegnati nella cardiomyocyte funzione regolare; la contrazione meccanica, i transienti di calcio e di CK tasso di rilascio. Se alcuni meccanismi diversi o un percorso di influenza comune siano responsabili di questi effetti rimane una questione aperta., La brusca cessazione delle contrazioni meccaniche spontanee è stata accompagnata da una graduale diminuzione dell’ampiezza dei transitori di calcio e da un tempo di salita più lungo. Queste due osservazioni significano una riduzione della quantità e del ritmo di ingresso del calcio nel citosol. Combinato con l’eccellente somiglianza tra la dipendenza dal tempo del tasso di contrazione meccanica e la forza di contrazione stimata, suggerisce che una riduzione del calcio intracellulare è molto probabilmente la causa della sospensione di contrazione quando l’ampiezza dei transitori di calcio diminuisce al di sotto di una certa soglia., Un’altra giustificazione per la connessione tra questi due effetti è l’aumento del tasso di contrazione durante i primi 20 minuti di applicazione sul campo. L’aumento del tasso di contrazione può essere una manifestazione di un carico SR ridotto. Il tasso aumentato dovuto più breve tempo di rilassamento diminuisce l’efflusso del calcio e quindi controbilancia la riduzione nel serbatoio del calcio12,13,14 e permette alla cellula di superare la riduzione nel serbatoio del calcio SR.,
Sia la contrazione meccanica che l’equilibrio intracellulare del calcio dipendono fortemente dalla quantità di CK nel citoplasma, essendo un attore chiave nel meccanismo di mantenimento dell’energia15. Durante le condizioni normali, il tasso di rilascio di CK è estremamente basso ~5% del contenuto della cella in 1,5 ore. Quindi, è improbabile che le variazioni osservate nel rilascio di CK influenzino significativamente il bilancio energetico e impediscano le contrazioni meccaniche. Un altro collegamento potenziale è attraverso l’esocitosi influenzata dal calcio. Le variazioni intracellulari della concentrazione di calcio possono influenzare il tasso di esocitosi e quanta16,17,18., Quindi, se il campo magnetico ScR influenza l’omeostasi del calcio, può influenzare indirettamente l’esocitosi e la quantità di CK rilasciata nel buffer. Una maggiore riduzione della velocità di rilascio di CK è stata osservata durante le condizioni di stress ipossico e ossidativo. Suggerisce un’altra possibile relazione dovuta all’accoppiamento tra il calcio e i percorsi di segnalazione ROS19,20,21. Lo stress ossidativo eleva la concentrazione intracellulare di calcio e l’aumento della concentrazione di calcio attiva gli enzimi che generano ROS. È stato dimostrato che un aumento dei livelli di ROS causa perdite SR prolungate e esaurimento di Ca2+ 22.,
Influenza sull’omeostasi del calcio
il fatto che Il 7.8 Hz, 90 nT MF campo non influenza la diastolica la concentrazione di Ca2+ e aveva solo un effetto minore sulla diminuzione del tempo indica che la considerevole diminuzione del calcio di ampiezza non può essere attribuito esclusivamente ad un’influenza diretta sul Sodio-Calcio Scambiatore (NCX) e Sarco/Reticolo Endoplasmatico Ca2+ Atpasi (SERCA) meccanismi., La grande diminuzione dell’ampiezza transitoria del calcio e il tempo di salita prolungato suggerisce un’influenza dell’SCR MF su uno dei due principali meccanismi responsabili dell’ingresso del calcio nel citosol; l’afflusso di calcio (attraverso i canali del calcio voltaggio-dipendenti di tipo L) e il rilascio di calcio dalla SR, innescato dalla corrente di afflusso Ca2+. Il malfunzionamento di uno di questi due meccanismi dovrebbe tradursi in un ingresso più lento del calcio e quindi in un tempo di aumento prolungato e in un’ampiezza transitoria inferiore., Una riduzione simile dell’ampiezza transitoria del calcio causata da ScR MF è stata osservata nelle colture muscolari scheletriche di ratto (da pubblicare). Suggerisce che il rilascio di calcio dalla SR è l’obiettivo come “Ca indotta Ca rilascio” non è rilevante nel muscolo scheletrico.
Influenza sul rilascio di CK
La cessazione delle contrazioni meccaniche e la riduzione della concentrazione di calcio durante la contrazione spontanea dei cardiomiociti a seguito dell’applicazione del campo ScR potrebbe suggerire un deterioramento della corretta attività delle cellule., Abbiamo quindi esaminato l’influenza del campo ScR sul rilascio di CK nel buffer. La velocità di rilascio di CK è lenta ed è stata incommensurabile dopo 45 minuti (inferiore alla deviazione standard), in cui si è verificata la diminuzione dell’ampiezza transitoria del calcio. La quantità media di rilascio di CK è ~10% del contenuto delle cellule in 90 minuti. Un cambiamento così piccolo sembra improbabile che indichi in modo significativo un’influenza sostanziale sul bilancio energetico o sulla vitalità cellulare e impedisca le contrazioni meccaniche., Inoltre, al fine di verificare che il rilascio di CK inferiore dovuto all’esposizione sul campo non fosse il risultato di una ridotta vitalità cellulare, abbiamo studiato l’influenza sulla vitalità cellulare utilizzando la procedura di colorazione dello ioduro di propidio (PI) (dati non presentati). I valori di PI erano coerenti con il rilascio di CK (cioè valori PI più bassi per i campioni con rilascio di CK ridotto) e quindi implicano celle più vitali a causa dell’applicazione sul campo.
Il \dipendente dal danno({\Delta }_{Protection}\) è apparso nell’esperimento di ipossia anche se il campo è stato applicato prima del danno ipossico., Questo è in contrasto con i risultati dello stress ossidativo, in cui il termine dipendente dal danno, \({\Delta }_{Protection}\), è apparso solo quando l’SCR MF è stato applicato contemporaneamente allo stress ossidativo. Abbiamo attribuito questa discrepanza al graduale vs brusco aumento dei livelli di ROS negli esperimenti di stress ipossico e ossidativo.
Dipendenza dai parametri del campo magnetico
A causa della complessità e dei molteplici fattori e meccanismi coinvolti, scoprire il meccanismo fisico dietro l’effetto SCR MF è un compito complicato, al di là dello scopo di questo lavoro., Tuttavia, la dipendenza dell’effetto sui parametri MF applicati può puntare verso un meccanismo di magnetorecezione.
Sia le contrazioni meccaniche che la velocità di rilascio di CK erano indipendenti dalla grandezza MF. Questa proprietà esclude alcune delle spiegazioni fisiche proposte come la risonanza stocastica, la spiegazione delle correnti parassite, la spiegazione della risonanza parametrica del ciclotrone ionico in cui la grandezza degli effetti dipende dal rapporto tra le ampiezze MF oscillanti e statiche e la teoria della ricombinazione delle coppie radicali., Un’altra opzione è che esiste una certa soglia oltre la quale l’effetto è plausibile. La soglia potrebbe essere di origine fisica o biologica.
Le ampiezze estremamente deboli del MF applicato (18 pT-90 nT) impostano un altro vincolo ed eliminano alcune delle spiegazioni proposte. L’influenza sulla ricombinazione delle coppie radicali, ad esempio, può produrre un effetto significativo solo a magnitudini di campo più elevate23 (1-10 mT, vedi Grissom, 1995). La risonanza stocastica può amplificare un segnale solo di un fattore 100 ed è quindi meno probabile che sia rilevante per l’effetto scr24.,
Il carattere specifico della frequenza dell’effetto ScR rifiuta la spiegazione della ricombinazione della coppia radicale che manca del meccanismo di selettività della frequenza. La spiegazione delle correnti parassite presenta una dipendenza lineare dalla frequenza dei campi e quindi irrilevante per l’effetto ScR. Una delle teorie popolari che spiegano l’influenza del debole ELF MF s nei tessuti biologici è l’effetto ciclotrone ionico. Altri27, 28 hanno esaminato l’influenza del campo 16 Hz 40 nT sui transienti di calcio spontanei dei cardiomiociti., Hanno dimostrato una riduzione del 75% dell’ampiezza dei transitori di calcio dopo 30 minuti di esposizione. La frequenza in cui il campo ha influenzato i transienti del calcio, variava quando la magnitudine del campo DC era variata e adattava la frequenza di risonanza del ciclotrone ionico dello potassium potassico29. Il campo geomagnetico della Terra a Tel Aviv è di circa 40 µT. Se la frequenza del ciclotrone ionico per un campo CC di 40 µT è di 7,8 Hz, spostando il campo CC a 50 µT o 30 µT si sposterà la frequenza del ciclotrone ionico rispettivamente a 9,75 Hz e 5,85 Hz., Se l’influenza del campo ScR è dovuta alla risonanza del ciclotrone ionico, la frequenza in cui il campo influenza i cardiomiociti dovrebbe variare rispettivamente e il campo di 7,8 Hz non influenzerà il tasso di contrazione. Come descritto nella sezione dei risultati, questo non è il caso e il campo magnetico 7.8 Hz influenza il tasso di contrazione spontanea anche quando viene applicata una DC magnetica aggiuntiva, e possiamo quindi escludere l’effetto del ciclotrone ionico.,
Il fatto che la frequenza del ciclotrone ionico sia l’unica frequenza di risonanza caratteristica adatta alla gamma di frequenze ScR, ma irrilevante per l’effetto ScR, rende la sintonizzazione biologica come la sintonizzazione delle cellule ciliate cocleare della tartaruga, una spiegazione più probabile. La frequenza di risonanza di una specifica cellula capillare è determinata dal numero specifico e dalla cinetica dei canali di potassio attivati dal calcio (BK) 30,31. Questo meccanismo supporta l’ipotesi dell’induzione elettrica come possibile precursore. Secondo Bellono et al .,32, l’elettrodetezione sensibile alla frequenza dei pesci Elasmobranchi deriva da una soglia di attivazione a bassa tensione del canale del calcio voltaggio CAV1.3 e da una conduttanza di pendenza ridotta del canale del potassio attivato dal calcio a grande conduttanza (BK). Queste caratteristiche uniche danno origine a oscillazioni potenziali di membrana (~7 Hz) che possono servire come dispositivo di sintonizzazione simile al meccanismo di risonanza elettrica delle cellule ciliate., Nei cardiomiociti, i canali BK appaiono assenti dal sarcolemma, ma i canali sono presenti nelle membrane mitocondriali33 e hanno dimostrato di essere coinvolti nella cardioprotezione contro l’ischemia attraverso il meccanismo ROS dipendente34. Questa potenziale spiegazione, che coinvolge un’influenza di un campo elettrico indotto sui canali mitocondri BK del ratto, è rilevante per tutti gli effetti osservati dall’ScR: l’ipossia, lo stress ossidativo e i transienti del calcio. Ci sono alcune prove che mostrano il coinvolgimento dei canali mitocondri BK nella cardioprotezione contro l’ischemia attraverso la messa a punto dello stato ossidativo35,36,37., Inoltre, la produzione di ROS nei mitocondri ha dimostrato di regolare Ca2+ nei cardiomiociti di ratto in modo bidirezionale, dipendente dal tempo38. Hanno dimostrato che la produzione di ROS mitocondriale indotta ha causato un aumento transitorio dell’attività della scintilla Ca2+, seguito da una graduale soppressione della scintilla parzialmente causata da una riduzione del carico di calcio SR su una scala temporale di 15 minuti., Quindi, un’influenza dell’SCR MF con induzione elettrica come meccanismo di accoppiamento sul canale BK dei mitocondri, con conseguente produzione di ROS può causare un aumento del tasso di contrazione e una diminuzione graduale dell’ampiezza transitoria del calcio.