the link between different processes
powyższe ustalenia dotyczą trzech oddzielnych procesów zaangażowanych w regularną pracę kardiomiocytów; mechaniczne skurcze, przemijające wapń i szybkość uwalniania CK. Pytanie, czy kilka różnych mechanizmów lub wspólna ścieżka oddziaływania jest odpowiedzialna za te skutki, pozostaje kwestią otwartą., Nagłemu zakończeniu spontanicznych skurczów mechanicznych towarzyszył stopniowy spadek amplitudy transjentów wapnia i dłuższy czas narastania. Te dwie obserwacje oznaczają zmniejszenie ilości i tempa wejścia wapnia do cytozolu. W połączeniu z doskonałym podobieństwem między zależnością czasową mechanicznego tempa skurczu a szacowaną siłą skurczu, sugeruje to, że zmniejszenie wewnątrzkomórkowego wapnia jest najprawdopodobniej przyczyną zawieszenia skurczu, gdy amplituda transjentów wapnia zmniejsza się poniżej pewnego progu., Innym uzasadnieniem związku między tymi dwoma efektami jest wzrost tempa skurczu podczas pierwszych 20 minut stosowania w terenie. Zwiększona szybkość skurczu może być przejawem zmniejszonego obciążenia SR. Zwiększona szybkość dzięki krótszemu czasowi relaksacji zmniejsza wypływ wapnia, a tym samym równoważy redukcję w rezerwuarze wapniair12,13,14 i umożliwia komórce przezwyciężenie redukcji w rezerwuarze wapnia SR.,
zarówno skurcz mechaniczny, jak i wewnątrzkomórkowa równowaga wapnia w znacznym stopniu zależą od ilości CK w cytoplazmie, stanowiąc kluczowy czynnik w mechanizmie podtrzymywania energii15. W normalnych warunkach szybkość uwalniania CK jest bardzo niska ~5% zawartości komórki w ciągu 1,5 godziny. W związku z tym zaobserwowane zmiany w uwalnianiu CK są mało prawdopodobne, aby znacząco wpłynąć na bilans energetyczny i utrudnić skurcze mechaniczne. Innym potencjalnym ogniwem jest egzocytoza pod wpływem wapnia. Wewnątrzkomórkowe zmiany stężenia wapnia mogą wpływać na szybkość egzocytozy i quanta16,17,18., Stąd, jeśli pole magnetyczne ScR wpływa na homeostazę wapnia, może pośrednio wpływać na egzocytozę i ilość CK uwalnianą do bufora. W warunkach niedotlenienia i stresu oksydacyjnego obserwowano zwiększone zmniejszenie szybkości uwalniania CK. Sugeruje to inną możliwą zależność ze względu na sprzężenie między ścieżkami sygnalizacyjnymi wapnia i ROS19,20,21. Stres oksydacyjny podnosi wewnątrzkomórkowe stężenie wapnia, a zwiększone stężenie wapnia aktywuje enzymy wytwarzające ROS. Wykazano, że zwiększone poziomy ROS powodują przedłużone wycieki SR i zmniejszenie Ca2+ 22.,
wpływ na homeostazę wapnia
fakt, że pole MF 7,8 Hz, 90 nT nie miało wpływu na rozkurczowe stężenie Ca2+ i miało tylko niewielki wpływ na czas zmniejszania się, wskazuje, że znaczny spadek amplitudy wapnia nie może być przypisany wyłącznie bezpośredniemu wpływowi na mechanizmy wymiennika sodowo-wapniowego (NCX) i Sarco / retikulum endoplazmatycznego Ca2+ ATPazy (SERCA)., Duży spadek amplitudy przejściowej wapnia i wydłużony czas narastania sugerują wpływ ScR MF na jeden z dwóch głównych mechanizmów odpowiedzialnych za wejście wapnia do cytozolu; napływ wapnia (przez kanały wapniowe zależne od napięcia typu L) i uwalnianie wapnia z SR, wyzwalane przez prąd napływowy Ca2+. Nieprawidłowe działanie jednego z tych dwóch mechanizmów powinno przekładać się na wolniejsze wejście wapnia, a co za tym idzie na wydłużenie czasu wzrostu i niższą amplitudę przejściową., Podobne zmniejszenie przejściowej amplitudy wapnia spowodowane przez ScR MF obserwowano w hodowlach mięśni szkieletowych szczurów (do publikacji). Sugeruje to, że uwalnianie wapnia z SR jest celem, ponieważ „ca induced Ca release” nie ma znaczenia w mięśniach szkieletowych.
wpływ na uwalnianie CK
zakończenie skurczów mechanicznych i zmniejszenie stężenia wapnia podczas samoistnego skurczu kardiomiocytów po wprowadzeniu pola ScR może sugerować pogorszenie prawidłowej aktywności komórek., Zbadaliśmy zatem wpływ pola ScR na uwalnianie CK do bufora. Tempo uwalniania CK jest powolne i było niezmierzone po 45 minutach (mniejsze od odchylenia standardowego), w którym nastąpiło zmniejszenie amplitudy przejściowej wapnia. Średnia ilość uwalniania CK wynosi ~10% zawartości komórek w ciągu 90 minut. Tak mała zmiana wydaje się mało prawdopodobna, aby w znaczący sposób wskazywać na istotny wpływ na bilans energetyczny lub żywotność komórek i utrudniać skurcze mechaniczne., Dodatkowo, w celu sprawdzenia, czy niższe uwalnianie CK z powodu ekspozycji polowej nie wynikało ze zmniejszonej żywotności komórek, zbadaliśmy wpływ na żywotność komórek przy użyciu procedury barwienia jodkiem Propidium (PI) (Dane nie zostały przedstawione). Wartości PI były zgodne z uwalnianiem CK (tj. niższe wartości PI dla próbek o zmniejszonym uwalnianiu CK) i dlatego sugerują bardziej żywotne komórki ze względu na zastosowanie w terenie.
uszkodzenie zależne \({\Delta }_{Ochrona}\) pojawiło się w eksperymencie niedotlenienia, mimo że pole zostało zastosowane przed uszkodzeniem niedotlenienia., Jest to w przeciwieństwie do wyników stresu oksydacyjnego, w którym termin zależny od uszkodzenia, \({\Delta } _{Ochrona}\), pojawił się tylko wtedy, gdy ScR MF został zastosowany jednocześnie ze stresem oksydacyjnym. Tę rozbieżność przypisaliśmy stopniowemu a nagłemu wzrostowi poziomu ROS w doświadczeniach niedotlenienia i stresu oksydacyjnego.
zależność od parametrów pola magnetycznego
ze względu na złożoność oraz wielość czynników i mechanizmów, odkrycie mechanizmu fizycznego stojącego za efektem ScR MF jest zadaniem skomplikowanym, wykraczającym poza zakres tej pracy., Jednak zależność efektu od zastosowanych parametrów MF może wskazywać na mechanizm magnetorecepcji.
zarówno skurcze mechaniczne, jak i szybkość uwalniania CK były niezależne od wielkości MF. Ta właściwość wyklucza kilka z proponowanych wyjaśnień fizycznych, takich jak rezonans stochastyczny, Wyjaśnienie Prądów Wirowych, Wyjaśnienie rezonansu parametrycznego cyklotronu jonowego, w którym wielkość efektów zależy od stosunku między amplitudami oscylacyjnymi i statycznymi MF oraz teoria rekombinacji par rodnikowych., Inną opcją jest istnienie pewnego progu, powyżej którego efekt jest wiarygodny. Próg może być pochodzenia fizycznego lub biologicznego.
skrajnie słabe amplitudy zastosowanego MF (18 pT-90 nT) wyznaczają kolejne ograniczenie i eliminują niektóre z proponowanych wyjaśnień. Na przykład wpływ na rekombinację par rodnikowych może wywołać znaczący wpływ tylko przy wyższych magnitudach pola23 (1-10 mT, Patrz Grissom, 1995). Rezonans stochastyczny może wzmacniać sygnał tylko o współczynnik 100 i dlatego jest mniej prawdopodobne, że ma znaczenie dla efektu Scr24.,
specyficzny dla częstotliwości charakter efektu ScR odrzuca Wyjaśnienie rekombinacji pary radykalnej, które nie ma mechanizmu selektywności częstotliwości. Wyjaśnienie prądów wirowych przedstawia liniową zależność od częstotliwości pól i dlatego nie ma znaczenia dla efektu ScR. Jedną z popularnych teorii wyjaśniających wpływ słabego ELF MF s w tkankach biologicznych jest efekt cyklotronu jonowego. Inne27,28 zbadały wpływ pola 16 Hz 40 nT na samoistne przejścia wapnia w kardiomiocytach., Wykazały one 75% redukcję amplitudy transjentów wapnia po 30 minutach ekspozycji. Częstotliwość, w której pole wpływało na przemiany wapnia, zmieniała się, gdy zmieniała się wielkość pola DC i dopasowywała częstotliwość rezonansu jonów cyklotronowych jonu potasowego29. Pole geomagnetyczne ziemi w Tel Awiwie wynosi około 40 µT. Jeśli częstotliwość cyklotronu jonowego dla pola DC 40 µT wynosi 7,8 Hz, przesunięcie pola DC do 50 µT lub 30 µT spowoduje przesunięcie częstotliwości cyklotronu jonowego odpowiednio do 9,75 Hz i 5,85 Hz., Jeśli wpływ pola ScR jest spowodowany rezonansem Cyklotronowym jonów, częstotliwość, w której pole wpływa na kardiomiocyty, powinna być odpowiednio różna, a pole 7,8 Hz nie będzie miało wpływu na szybkość skurczu. Jak opisano w sekcji wyniki, tak się nie dzieje, a pole magnetyczne 7,8 Hz wpływa na szybkość spontanicznego skurczu, nawet gdy przyłożony jest dodatkowy magnetyczny prąd stały, a zatem możemy wykluczyć efekt cyklotronu jonowego.,
fakt, że częstotliwość cyklotronu jonowego jest jedyną charakterystyczną częstotliwością rezonansową odpowiednią dla zakresu częstotliwości ScR, ale nieistotną dla efektu ScR, sprawia, że strojenie biologiczne, takie jak strojenie komórek włosowych ślimaka żółwia, jest bardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem. Częstotliwość rezonansowa konkretnej komórki włosa jest określona przez określoną liczbę i kinetykę kanałów potasowych aktywowanych wapniem (BK) 30,31. Mechanizm ten wspiera hipotezę indukcji elektrycznej jako możliwego prekursora. Według Bellono et al.,32, czułe na częstotliwość elektrodetekcja ryb Elasmobranch wynika z progu aktywacji niskiego napięcia kanału wapniowego bramkowanego napięciem CaV1.3 i zmniejszonej przewodności nachylenia kanału potasowego o dużej przewodności aktywowanego wapniem (BK). Te unikalne cechy powodują oscylacje potencjału membranowego (~7 Hz), które mogą służyć jako urządzenie strojące podobne do mechanizmu rezonansu elektrycznego komórek włosowych., W kardiomiocytach kanały BK są nieobecne w sarkolemmie, ale kanały te są obecne w błonach mitochondrialnych33 i wykazano, że biorą udział w kardioprotekcji przeciwko niedokrwieniu poprzez mechanizm zależny od ROS34. To potencjalne Wyjaśnienie, obejmujące wpływ indukowanego pola elektrycznego na kanały mitochondriów szczura BK, jest istotne dla wszystkich obserwowanych efektów ScR: niedotlenienia, stresu oksydacyjnego i przemijających składników wapnia. Istnieją pewne dowody wskazujące na udział kanałów mitochondriów BK W kardioprotekcji przeciwko niedokrwieniu poprzez dostrojenie stanu oksydacyjnego35, 36,37., Ponadto wykazano, że produkcja ROS w mitochondriach reguluje Ca2+ w kardiomiocytach szczurów w dwukierunkowym, zależnym od czasu manner38. Wykazały one, że indukowana produkcja ROS mitochondrialnego powodowała przemijający wzrost aktywności iskier Ca2+, a następnie stopniowe tłumienie iskier częściowo spowodowane zmniejszeniem obciążenia wapnia SR w skali czasowej 15 minut., Stąd wpływ ScR MF z indukcją elektryczną jako mechanizmem sprzęgającym na kanał mitochondriów BK, powodujący wytwarzanie ROS, może skutkować zwiększonym tempem skurczu i stopniowym zmniejszeniem amplitudy przejściowej wapnia.