koblingen mellom ulike prosesser
De ovennevnte funnene omfatter tre separate prosesser engasjert i cardiomyocyte vanlig funksjon; den mekaniske sammentrekning, kalsium transienter og CK utgivelsen pris. Om et par forskjellige mekanismer eller en felles innflytelse banen er ansvarlig for disse effektene er fortsatt et åpent spørsmål., Den brå avslutning av den spontane mekanisk riene ble fulgt av en gradvis nedgang i kalsium transienter’ amplitude og en lengre stige tid. Disse to observasjoner bety en reduksjon i mengde og tempo av kalsium inngangen til cytosol. Kombinert med utmerket likhet mellom tid avhengighet av den mekaniske sammentrekning pris og estimert sammentrekning styrke, det tyder på at en reduksjon i den intracellulære kalsium er mest sannsynlig årsaken til sammentrekning suspensjon når kalsium transienter’ amplitude nedgang under en viss terskel., En annen begrunnelse for forbindelsen mellom disse to effektene er økningen i sammentrekning pris i løpet av de første 20 minuttene av feltet program. Den økte sammentrekning pris kan være en manifestasjon av en redusert SR belastning. Økt pris på grunn av kortere avslapping tid reduserer kalsium efflux og derfor counterbalances reduksjon i kalsium reservoir12,13,14 og gjør det mulig for cellen å overvinne reduksjon i kalsium SR-reservoaret.,
Både mekaniske sammentrekning og intracellulære kalsium balanse sterkt avhenger av mengden av CK i cytoplasma, å være en sentral aktør i energi vedlikehold mechanism15. Under normale forhold, CK utgivelsen prisen er ekstremt lav ~5% av innholdet i cellen i 1,5 timer. Derfor, de observerte variasjoner i CK utgivelsen er neppe vesentlig påvirker energibalanse og hindre mekanisk sammentrekninger. En annen mulig kobling er via kalsium påvirket exocytosis. Intracellulære kalsium konsentrasjon variasjoner kan påvirke exocytosis pris og quanta16,17,18., Derfor hvis ScR magnetfelt påvirker kalsium homeostase det kan indirekte påvirke exocytosis og mengden av CK utgitt til buffer. En økt reduksjon i CK utgivelsen pris ble observert i løpet av Hypoksisk og oksidativt stress forhold. Det antyder en annen mulig forhold på grunn av koblingen mellom kalsium og ROS signaliserer pathways19,20,21. Oksidativt stress løfter den intracellulære kalsium konsentrasjon og økt kalsium konsentrasjon aktiverer ROS generere enzymer. Økt ROS nivåer ble vist å forårsake langvarig SR lekkasjer og Ca2+ depletion22.,
Innflytelse på kalsium homeostase
Det faktum at 7,8 Hz, 90 nT MF-feltet ikke påvirke diastolisk Ca2+ konsentrasjon og hadde bare en mindre effekt på reduksjon tid viser at betydelig nedgang i kalsium amplitude ikke kan tilskrives utelukkende til en direkte innflytelse på Natrium-Kalsium Varmeveksler (NCX) og Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+ ATPase (SERCA) mekanismer., Den store nedgangen i kalsium forbigående amplitude og langvarig økning antyder en påvirkning av ScR-MF på en av de to viktigste mekanismene som er ansvarlig for kalsium inngangen til cytosol; kalsium tilstrømningen (gjennom L-type spenning avhengige av kalsium-tv) og kalsium-utslipp fra SR, utløst av Ca2+ tilstrømningen gjeldende. Feil på en av disse to mekanismene bør oversette til en lavere inngang av kalsium og er derfor en langvarig økning tid og en forbigående lavere amplitude., En tilsvarende reduksjon i kalsium forbigående amplitude forårsaket av ScR MF ble sett hos rotte skjelettmuskulatur kulturer (for å bli utgitt). Det tyder på at kalsium utslipp fra SR er målet «Ca indusert Ca release» er ikke relevant i skjelettmuskulatur.
Innflytelse på CK utgivelsen
avslutning av mekanisk sammentrekninger og reduksjon av kalsium konsentrasjon under cardiomyocyte spontan sammentrekning følgende apparatet av ScR-feltet kan foreslå en forverring i cellene’ riktig aktivitet., Vi har derfor undersøkt påvirkning av ScR-feltet på CK utslipp til buffer. CK utgivelsen pris er treg og var grenseløs etter 45 minutter (mindre enn standard avvik), der nedgang i kalsium forbigående amplitude oppstått. Den gjennomsnittlige mengden av CK utgivelsen er ~10% av innholdet i cellene i 90 minutter. En slik liten endring virker usannsynlig betydelig indikere en betydelig innflytelse på energi og balanse eller celleviabilitet og hindre mekanisk sammentrekninger., I tillegg, for å bekrefte at lavere CK slipp på grunn av feltet eksponering ikke skyldes redusert celleviabilitet vi studerte innflytelse på celleviabilitet ved hjelp av Propidium Jodid (PI) fargeprosess (data ikke presentert). PI-verdier var i samsvar med CK utgivelse (dvs. lavere PI-verdier for prøvene med redusert CK release) og derfor innebærer mer levedyktige celler på grunn av feltet program.
Den skade avhengige \({\Delta }_{Beskyttelse}\) dukket opp i hypoxia eksperimentere selv om feltet var brukt før hypoksisk skade., Dette er i motsetning til oksidativt stress resultater, der skade avhengige sikt, \({\Delta }_{Beskyttelse}\), dukket bare når det ScR MF ble brukt samtidig med oksidativt stress. Vi tilskrives dette avviket til den gradvise vs. brå økning i ROS nivåer i hypoksisk og oksidativt stress eksperimenter.
Avhengighet av magnetiske felt parametere
på Grunn av kompleksiteten og flere faktorer og mekanismer som er involvert, avdekke den fysiske mekanismen bak ScR MF-effekten er en komplisert oppgave, utenfor rammen av dette arbeidet., Men avhengigheten av effekten på anvendt MF parametere kan peke mot en magnetoreception mekanisme.
Både mekaniske sammentrekninger og CK utgivelsen pris var uavhengige av MF størrelsesorden. Denne eiendommen regler ut et par av de foreslåtte fysisk forklaring som stokastiske resonans, den virvelstrømmer forklaring, ion cyclotron parametrisk resonans forklaring der effektene’ omfanget er avhengig av forholdet mellom den oscillerende og statisk MF amplituder, og den radikale par rekombinasjon teori., Et annet alternativ er at en viss terskel finnes over hvor effekten er plausibel. Terskelen kan være av fysisk eller biologisk opprinnelse.
Den ekstremt svake amplituder av brukt MF (18 pT-90 nT) har satt en annen begrensning og eliminere noen av de foreslåtte forklaringene. Påvirkning på radikal par rekombinasjon for eksempel kan produsere en betydelig påvirker bare på høyere feltet magnitudes23 (1-10 tonn, se Grissom, 1995). Stokastisk resonans som kan forsterke et signal med bare en faktor på 100, og er derfor mindre sannsynlig å være relevante for ScR effect24.,
frekvensen spesifikke karakter av ScR-effekt avviser den radikale par rekombinasjon forklaring som mangler frekvens selektivitet mekanisme. Den Eddy current forklaring presenterer en lineær avhengighet av feltene’ frekvens og dermed irrelevant i forhold til ScR-effekt. En av de populære teorier som forklarer påvirkning av svake ELF MF s i biologisk vev er ion cyclotron effekt. Others27,28 har undersøkt påvirkning av 16 Hz 40 nT-feltet på den spontane kalsium transienter av cardiomyocytes., De demonstrerte en 75% reduksjon i kalsium transienter’ amplitude etter 30 minutter av exposer. Frekvensen der feltet påvirket kalsium transienter, variert når DC-feltet omfanget var variert og utstyrt ion cyclotron resonans frekvens av kalium ion29. Jordens geomagnetiske feltet i Tel Aviv, som er rundt 40 µT. Hvis ion cyclotron frekvens for en DC-feltet på 40 µT er 7.8 Hz, skiftende DC-feltet til 50 µT eller 30 µT vil skift-ion cyclotron frekvens til 9.75 Hz og 5.85 Hz henholdsvis., Hvis ScR-feltet innflytelse er på grunn av ion cyclotron resonans, den frekvensen der felt påvirker cardiomyocytes bør variere henholdsvis og 7,8 Hz felt vil ikke påvirke sammentrekning pris. Som beskrevet i resultatene delen, dette er ikke tilfelle, og 7,8 Hz magnetfelt påvirker spontan sammentrekning pris selv når en ekstra magnetiske DC er tatt i bruk, og vi kan derfor utelukke ion cyclotron effekt.,
Det faktum at ion cyclotron frekvens er den eneste karakteristiske resonans frekvens egnet for ScR-frekvensområde, men irrelevant for ScR-effekten, gjør biologiske tuning for eksempel skilpadde cochlear hår celler tuning, en mer sannsynlig forklaring. Resonans frekvensen for en bestemt håret celle er bestemt av den spesifikke tall og kinetikk av kalsium-aktivert (BK) kalium channels30,31. Denne mekanismen støtter elektrisk induksjon hypotese som en mulig forløper. I henhold til Bellono et al .,32, frekvens sensitive electrodetection av Elasmobranch fisk stammer fra en lav spenning aktivering terskelen av spenning-gating kalsium kanal CaV1.3 og en redusert skråningen konduktans av de store konduktans kalsium-aktivert kalium-kanal (BK). Disse unike egenskapene gi opphav til membranen potensielle svingninger (~7 Hz) som kan tjene som en tuning enheten ligner på elektrisk resonans mekanismen hår celler., I cardiomyocyte, BK-tv vises fraværende fra sarcolemma, men tv er til stede i mitokondrie membranes33 og ble vist å være involvert i cardioprotection mot iskemi via ROS avhengige mechanism34. Dette potensialet forklaring, som medfører en påvirkning av en indusert elektrisk felt på rotte mitokondrier BK-tv, er relevant for alle ScR observert effekter: hypoxia, oksidativt stress og kalsium transienter. Det er noen bevis som viser engasjement av mitokondrier BK-tv i cardioprotection mot iskemi via fin-tuning av oksidativt state35,36,37., I tillegg, ROS produksjon i mitokondriene ble vist å regulere Ca2+ i rotte cardiomyocytes i en toveis, tidsavhengig manner38. De viste at indusert mitokondrie ROS produksjon skyldes en forbigående økning i Ca2+ gnist aktivitet, etterfulgt av gradvis gnist undertrykkelse delvis forårsaket av en reduksjon i SR kalsium legg over en tidsskala på 15 minutter., Derfor, en innflytelse av ScR MF med elektrisk induksjon som en kopling mekanisme på mitokondrier BK-kanalen, noe som resulterer i ROS produksjon kan resultere i økt sammentrekning pris, og en gradvis nedgang i kalsium forbigående amplitude.