het verband tussen verschillende processen
de bovenstaande bevindingen betreffen drie afzonderlijke processen die betrokken zijn bij de regelmatige functie van cardiomyocyten: de mechanische contractie, de calcium transiënten en de CK-afgiftesnelheid. Of een paar verschillende mechanismen of een gemeenschappelijke invloedspad verantwoordelijk is voor deze effecten blijft een open vraag., De abrupte beëindiging van de spontane mechanische contracties ging gepaard met een geleidelijke afname van de amplitude van de calcium transiënten en een langere stijgtijd. Deze twee observaties betekenen een vermindering van de hoeveelheid en het tempo van calcium ingang tot de cytosol. In combinatie met de uitstekende gelijkenis tussen de tijdsafhankelijkheid van de mechanische contractiesnelheid en de geschatte contractiesterkte, suggereert het dat een vermindering van het intracellulaire calcium hoogstwaarschijnlijk de oorzaak is van de contractiesuspensie wanneer de amplitude van de calcium transiënten onder een bepaalde drempel daalt., Een andere rechtvaardiging voor het verband tussen deze twee effecten is de toename van de krimpsnelheid gedurende de eerste 20 minuten van toepassing in het veld. De verhoogde samentrekkingssnelheid kan een uiting zijn van een verminderde SR-belasting. Verhoogde snelheid als gevolg van kortere relaxatietijd vermindert de calcium efflux en compenseert daarom de vermindering in de calciumreservoir12,13 en 14 en stelt de cel in staat om de vermindering in het calcium SR reservoir te overwinnen.,
zowel de mechanische contractie als de intracellulaire calciumbalans is sterk afhankelijk van de hoeveelheid CK in het cytoplasma, omdat deze een belangrijke speler is in het energieonderhoudsmechanisme15. Tijdens normale omstandigheden, CK release tarief is extreem laag ~5% van de inhoud van de cel in 1,5 uur. Daarom is het onwaarschijnlijk dat de waargenomen variaties in ck-afgifte de energiebalans significant beïnvloeden en de mechanische samentrekkingen belemmeren. Een andere potentiële link is door calcium beïnvloede exocytose. Intracellulaire calciumconcentratie variaties kunnen exocytose tarief en Quanta beà nvloeden 16, 17, 18., Vandaar als het magnetisch veld ScR de calciumhomeostase beïnvloedt kan het indirect exocytose en de hoeveelheid CK beïnvloeden die aan de buffer wordt vrijgegeven. Een verhoogde afname in ck-afgiftesnelheid werd waargenomen tijdens hypoxische en oxidatieve stressomstandigheden. Het suggereert een andere mogelijke relatie als gevolg van de koppeling tussen calcium en ROS signalering pathways19,20,21. Oxidatieve stress Verhoogt de intracellulaire calciumconcentratie en verhoogde calciumconcentratie activeert Ros genereren enzymen. Verhoogde Ros-waarden bleken langdurige SR-lekken en Ca2+ – depletie te veroorzaken22.,
invloed op calciumhomeostase
het feit dat het 7,8 Hz, 90 nT MF-veld geen invloed had op de diastolische Ca2+ – concentratie en slechts een gering effect had op de reductietijd geeft aan dat de aanzienlijke afname van de calciumamplitude niet alleen kan worden toegeschreven aan een directe invloed op de mechanismen van de Natriumcalciumwisselaar (NCX) en Sarco/endoplasmatisch Reticulum Ca2+ ATPase (SERCA)., De grote afname van de calcium voorbijgaande amplitude en de verlengde stijgtijd suggereert een invloed van de ScR MF op een van de twee belangrijkste mechanismen die verantwoordelijk zijn voor calcium ingang naar het cytosol; de calcium instroom (via L-type voltage-afhankelijke calciumkanalen) en calcium release uit de SR, veroorzaakt door de Ca2+ instroomstroom. Een storing van een van deze twee mechanismen zou zich moeten vertalen in een tragere ingang van calcium en daardoor een verlengde verhogingstijd en een lagere voorbijgaande amplitude., Een vergelijkbare vermindering van de tijdelijke calciumamplitude veroorzaakt door ScR MF werd gezien in skeletspierculturen van ratten (nog te publiceren). Het suggereert dat de afgifte van calcium uit de SR het doelwit is, omdat “CA-geïnduceerde afgifte van Ca” niet relevant is in skeletspieren.
invloed op CK-afgifte
De beëindiging van de mechanische contracties en de vermindering van de calciumconcentratie tijdens de spontane contractie van de cardiomyocyt na het gebruik van het ScR-veld kunnen wijzen op een verslechtering van de eigenlijke activiteit van de cellen., We onderzochten daarom de invloed van het ScR-veld op CK-vrijgave aan de buffer. De CK-afgiftesnelheid is traag en was onmetelijk na 45 minuten (kleiner dan de standaarddeviatie), waarbij de afname in tijdelijke calciumamplitude optrad. De gemiddelde hoeveelheid CK-versie is ~10% van de inhoud van de cellen in 90 minuten. Een dergelijke kleine verandering lijkt waarschijnlijk niet significant te wijzen op een aanzienlijke invloed op de energiebalans of de levensvatbaarheid van de cellen en belemmert de mechanische samentrekkingen., Om te verifiëren dat een lagere CK-afgifte als gevolg van de blootstelling in het veld niet het gevolg was van een verminderde levensvatbaarheid van de cellen, bestudeerden we de invloed op de levensvatbaarheid van de cellen met behulp van de Kleuringprocedure van Propidium jodide (PI) (gegevens niet weergegeven). PI-waarden waren consistent met CK-vrijgave (d.w.z. lagere PI-waarden voor de monsters met verminderde CK-vrijgave) en impliceren daarom meer levensvatbare cellen als gevolg van de toepassing in het veld.
De schadeafhankelijke \({\Delta }_{Protection}\) verscheen in het hypoxie-experiment, hoewel het veld voorafgaand aan de hypoxische schade werd toegepast., Dit in tegenstelling tot de oxidatieve stress resultaten, waarin de schade afhankelijke term, \({\Delta }_{Protection}\), pas verscheen wanneer de ScR MF gelijktijdig met de oxidatieve stress werd toegepast. We schreven deze discrepantie toe aan de geleidelijke vs.abrupte toename van ROS niveaus in de hypoxische en oxidatieve stress experimenten.
afhankelijkheid van magnetische veldparameters
vanwege de complexiteit en de vele factoren en mechanismen die hierbij betrokken zijn, is het blootleggen van het fysische mechanisme achter het ScR MF-effect een gecompliceerde taak, die buiten het bestek van dit werk valt., De afhankelijkheid van het effect op de toegepaste MF parameters kan echter wijzen op een magnetoreceptiemechanisme.
zowel de mechanische contracties als de CK-afgiftesnelheid waren onafhankelijk van de MF-magnitude. Deze eigenschap sluit een paar van de voorgestelde fysische verklaring uit, zoals stochastische resonantie, de Wervelstroomuitleg, de Ion cyclotron parametrische resonantieuitleg waarin de omvang van de effecten afhankelijk is van de verhouding tussen de oscillerende en statische MF amplitudes, en de radicale paar recombinatietheorie., Een andere optie is dat er een bepaalde drempel bestaat waarboven het effect aannemelijk is. De drempel kan van fysische of biologische oorsprong zijn.
de extreem zwakke amplitudes van de toegepaste MF (18 pT-90 nT) stellen een andere beperking en elimineren enkele van de voorgestelde verklaringen. De invloed op de recombinatie van radicale paren kan bijvoorbeeld alleen bij hogere veldgrootte23 een significante invloed veroorzaken (1-10 mT, zie Grissom, 1995). Stochastische resonantie kan een signaal slechts met een factor 100 versterken en is daarom minder waarschijnlijk relevant voor het ScR-effect24.,
het frequentiespecifiek karakter van het ScR-effect wijst de radicaalpaar-recombinatie-verklaring af, waarbij het mechanisme voor frequentieselectiviteit ontbreekt. De wervelstroom verklaring geeft een lineaire afhankelijkheid van de frequentie van de velden en dus irrelevant voor het ScR-effect. Een van de populaire theorieën die de invloed van zwakke ELF MF s in biologische weefsels verklaren is het ionencyclotron-effect. Andere 27, 28 hebben de invloed van 16 Hz 40 nT veld op de spontane calcium transiënten van cardiomyocyten onderzocht., Ze toonden een 75% vermindering van de calcium transiënten amplitude na 30 minuten exposer. De frequentie waarin het veld de calcium transiënten beà nvloedde, varieerde wanneer de DC-veld magnitude werd gevarieerd en paste bij de ionencyclotron resonantiefrequentie van kaliumion29. Het geomagnetisch veld van de aarde in Tel Aviv is ongeveer 40 µT. Als de ion cyclotron-frequentie voor een GELIJKSTROOMVELD van 40 µT 7,8 Hz is, zal het verschuiven van het GELIJKSTROOMVELD naar 50 µT of 30 µT de ion cyclotron-frequentie verschuiven naar respectievelijk 9,75 Hz en 5,85 Hz., Als de invloed van het ScR-veld te wijten is aan de ionencyclotron-resonantie, moet de frequentie waarin het veld de cardiomyocyten beïnvloedt variëren en zal het 7,8 Hz-veld de contractiesnelheid niet beïnvloeden. Zoals beschreven in de sectie resultaten is dit niet het geval, en het 7,8 Hz magnetisch veld beïnvloedt de spontane samentrekking zelfs wanneer een extra magnetische DC wordt toegepast, en we kunnen daarom het ionencyclotron-effect uitsluiten.,
het feit dat de ionencyclotron-frequentie de enige karakteristieke resonantiefrequentie is die geschikt is voor het ScR-frequentiebereik, maar niet relevant is voor het ScR-effect, maakt het afstemmen van biologische stemmen, zoals het afstemmen van de cochleaire haarcellen van de schildpad, een waarschijnlijker verklaring. De resonantiefrequentie van een specifieke haarcel wordt bepaald door het specifieke aantal en de kinetiek van calcium-geactiveerde (BK) kaliumkanalen 30,31. Dit mechanisme ondersteunt de elektrische inductiehypothese als mogelijke voorloper. Volgens Bellono et al .,32, de frequentiegevoelige elektrodetectie van de Elasmobranch vissen is afgeleid van een laagspanningsactiveringsdrempel van het voltage-gated calcium kanaal CaV1.3 en een verminderde helling geleidbaarheid van de grote geleidbaarheid calcium-geactiveerd kalium kanaal (BK). Deze unieke kenmerken geven aanleiding tot membraanpotentiaal oscillaties (~7 Hz) die kunnen dienen als een tuning-apparaat vergelijkbaar met het elektrische resonantiemechanisme van haarcellen., In cardiomyocyte lijken BK-kanalen afwezig in het sarcolemma, maar de kanalen zijn aanwezig in mitochondriale membranes33 en bleken betrokken te zijn bij cardioprotectie tegen ischemie via Ros-afhankelijk mechanisme34. Deze mogelijke verklaring, waarbij een invloed van een geïnduceerd elektrisch veld op de Rat mitochondriën BK kanalen, is relevant voor alle waargenomen ScR effecten: de hypoxie, oxidatieve stress en calcium transiënten. Er is enig bewijs dat de betrokkenheid van mitochondriën BK kanalen in cardioprotectie tegen ischemie via fine-tuning van de oxidatieve state35,36,37., Bovendien, werd de productie van ROS in mitochondria getoond om Ca2+ in ratcardiomyocytes in een bidirectionele, tijdafhankelijke manier38 te regelen. Zij toonden aan dat de geïnduceerde mitochondriale Ros productie een voorbijgaande verhoging van Ca2+ vonk activiteit veroorzaakte, gevolgd door geleidelijke vonk onderdrukking gedeeltelijk veroorzaakt door een vermindering van de SR calcium belasting over een tijdschaal van 15 minuten., Vandaar, kan een invloed van de ScR MF met elektrische inductie als koppelingsmechanisme op de mitochondria BK kanaal, resulterend in ROS productie resulteren in verhoogde samentrekking tarief, en een geleidelijke afname van de calcium voorbijgaande amplitude.