Механические альтернансы в кардиомицитах миокардиальных рукавов верхней полой вены и легочных вен как возможный источник эктопической активности предсердий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Миокард правого и левого предсердий (RA и LA) продолжается в верхнюю полую вену (SVC) и легочные вены (PV) и формирует миокардиальные рукава, которые являются источниками эктопического возбуждения, вызывающими фибрилляцию предсердий. Мы сравнили динамику саркомеров одиночных кардиомиоцитов из миокардиальных рукавов SVC и PV и предсердий морской свинки. Миоциты SVC характеризовались большим временем достижения пика укорочения и 50% расслабления саркомеров, чем кардиомиоциты других групп. В кардиомиоцитах SVC, PV и ПП отсутствовала корреляции между амплитудой укорочения саркомеров и длиной кардиомиоцита. В кардиомиоцитах миокардиальных рукавов SVC и PV обнаружены альтернансы амплитуды укорочения саркомеров. Альтернансы сократительной функции и отсутствие корреляции между величиной амплитуды укорочения саркомеров и морфометрическими характеристиками клеток в миокардиальных рукавах SVC и PV указывают на возможность формирования уязвимого к патологическим факторам механического субстрата, провоцирующего аритмии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. А. Мячина

Институт иммунологии и физиологии УрО РАН

Email: cmybp@mail.ru
Россия, Екатеринбург

К. А. Бутова

Институт иммунологии и физиологии УрО РАН

Email: cmybp@mail.ru
Россия, Екатеринбург

Р. А. Симонова

Институт иммунологии и физиологии УрО РАН

Email: cmybp@mail.ru
Россия, Екатеринбург

А. М. Кочурова

Институт иммунологии и физиологии УрО РАН

Email: cmybp@mail.ru
Россия, Екатеринбург

Г. В. Копылова

Институт иммунологии и физиологии УрО РАН

Email: cmybp@mail.ru
Россия, Екатеринбург

А. Д. Хохлова

Вашингтонский университет

Email: cmybp@mail.ru

Department of Biomedical Engineering

США, Сент-Луис, Миссури

Д. В. Щепкин

Институт иммунологии и физиологии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: cmybp@mail.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Mommersteeg MTM, Brown NA, Prall OWJ, De Gier-de Vries C, Harvey RP, Moorman AFM, Christoffels VM (2007) Pitx2c and Nkx2-5 are required for the formation and identity of the pulmonary myocardium. Circ Res 101: 902–909. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.107.161182
  2. Mamchur S, Mamchur I, Khomenko E, Kokov A, Bokhan N, Sherbinina D (2014) Mechanical function of left atrium and pulmonary vein sleeves before and after their antrum isolation. Medicina 50: 353–359. https://doi.org/10.1016/j.medici.2014.11.008
  3. Yee M, Cohen ED, Domm W, Porter GA, McDavid AN, O’Reilly MA (2018) Neonatal hyperoxia depletes pulmonary vein cardiomyocytes in adult mice via mitochondrial oxidation. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 314: L846–L859. https://doi.org/10.1152/ajplung.00409.2017
  4. Santangeli P, Zado ES, Hutchinson MD, Riley MP, Lin D, Frankel DS, Supple GE, Garcia FC, Dixit S, Callans DJ, Marchlinski FE (2016) Prevalence and distribution of focal triggers in persistent and long-standing persistent atrial fibrillation. Heart Rhythm 13: 374–382. https://doi.org/10.1016/j.hrthm.2015.10.023
  5. Meijborg VMF, Belterman CNW, De Bakker JMT, Coronel R, Conrath CE (2017) Mechano-electric coupling, heterogeneity in repolarization and the electrocardiographic T-wave. Prog Biophys Mol Biol 130: 356–364. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2017.05.003
  6. Emig R, MacDonald EA, Quinn TA (2024) Cardiac mechano-electric crosstalk: multi-scale observations, computational integration, and clinical implications. J Physiol 602: 4335–4340. https://doi.org/10.1113/JP286706
  7. Butova XA, Myachina TA, Simonova RA, Kochurova AM, Kopylova GV, Khokhlova AD, Shchepkin DV (2024) Contractile characteristics of single cardiomyocytes in the myocardial sleeves of the pulmonary veins of guinea pigs. J Evol Biochem Physiol 60: 1741–1750. https://doi.org/10.1134/S0022093024050077
  8. Russell B, Curtis MW, Koshman YE, Samarel AM (2010) Mechanical stress-induced sarcomere assembly for cardiac muscle growth in length and width. J Mol Cell Cardiol 48: 817–823. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2010.02.016
  9. Ooie T, Tsuchiya T, Ashikaga K, Takahashi N (2002) Electrical connection between the right atrium and the superior vena cava, and the extent of myocardial sleeve in a patient with atrial fibrillation originating from the superior vena cava. J Cardiovasc Electrophysiol 13: 482–485. https://doi.org/10.1046/j.1540-8167.2002.00482.x
  10. Watanabe K, Nitta J, Inaba O, Sato A, Inamura Y, Kato N, Suzuki M, Goya M, Hirao K, Sasano T (2021) Predictors of non-pulmonary vein foci in paroxysmal atrial fibrillation. J Interv Card Electrophysiol 61: 71–78. https://doi.org/10.1007/s10840-020-00779-x
  11. Kim D, Hwang T, Kim M, Yu HT, Kim TH, Uhm JS, Joung B, Lee MH, Pak HN (2021) Extra-pulmonary vein triggers at de novo and the repeat atrial fibrillation catheter ablation. Front Cardiovasc Med 8: 759967. https://doi.org/10.3389/fcvm.2021.759967
  12. Iwamiya S, Ihara K, Nitta G, Sasano T (2024) Atrial fibrillation and underlying structural and electrophysiological heterogeneity. Int J Mol Sci 25: 10193. https://doi.org/10.3390/ijms251810193
  13. Nyuta E, Takemoto M, Sakai T, Mito T, Masumoto A, Todoroki W, Yagyu K, Ueno J, Antoku Y, Koga T, Ueno T, Tsuchihashi T (2021) Importance of the length of the myocardial sleeve in the superior vena cava in patients with atrial fibrillation. J Arrhythm 37: 43–51. https://doi.org/10.1002/joa3.12494
  14. Yeh HI, Lai YJ, Lee SH, Lee YN, Ko YS, Chen SA, Severs NJ, Tsai CH (2001) Heterogeneity of myocardial sleeve morphology and gap junctions in canine superior vena cava. Circulation 104: 3152–3157. https://doi.org/10.1161/hc5001.100836
  15. Kugler S, Nagy N, Rácz G, Tőkés AM, Dorogi B, Nemeskéri Á (2018) Presence of cardiomyocytes exhibiting Purkinje-type morphology and prominent connexin45 immunoreactivity in the myocardial sleeves of cardiac veins. Heart Rhythm 15: 258–264. https://doi.org/10.1016/j.hrthm.2017.09.044
  16. Chen YJ, Chen YC, Yeh HI, Lin CI, Chen SA (2002) Electrophysiology and arrhythmogenic activity of single cardiomyocytes from canine superior vena cava. Circulation 105: 2679–2685. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000016822.96362.26
  17. Wang P, Yang XC, Liu XL, Bao RF, Ding HY, Li O, Liu TF (2021) Study of the characteristics of the pulmonary vein and superior vena cava of rabbits. J Biomater Tissue Eng 11: 112–122. https://doi.org/10.1166/jbt.2021.2585
  18. Margossian SS, Lowey S (1982) Preparation of myosin and its subfragments from rabbit skeletal muscle. Methods Enzymol 85 Pt B: 55–71. https://doi.org/10.1016/0076-6879(82)85009-x
  19. Spiess M, Steinmetz MO, Mandinova A, Wolpensinger B, Aebi U, Atar D (1999) Isolation, electron microscopic imaging, and 3-D visualization of native cardiac thin myofilaments. J Struct Biol 126: 98–104. https://doi.org/10.1006/jsbi.1999.4111
  20. Liu R, Feng HZ, Jin JP (2014) Physiological contractility of cardiomyocytes in the wall of mouse and rat azygos vein. Am J Physiol Cell Physiol 306: C697–C704. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00004.2014
  21. Kumar M, Govindan S, Zhang M, Khairallah RJ, Martin JL, Sadayappan S, De Tombe PP (2015) Cardiac myosin-binding protein C and troponin-I phosphorylation independently modulate myofilament length-dependent activation. J Biol Chem 290: 29241–29249. https://doi.org/10.1074/jbc.M115.686790
  22. Sevrieva IR, Ponnam S, Yan Z, Irving M, Kampourakis T, Sun YB (2023) Phosphorylation-dependent interactions of myosin-binding protein C and troponin coordinate the myofilament response to protein kinase A. J Biol Chem 299: 102767. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2022.102767
  23. Lang D, Medvedev RY, Ratajczyk L, Zheng J, Yuan X, Lim E, Han OY, Valdivia HH, Glukhov AV (2022) Region-specific distribution of transversal-axial tubule system organization underlies heterogeneity of calcium dynamics in the right atrium. Am J Physiol Heart Circ Physiol 322: H269–H284. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00381.2021
  24. Cros C, Douard M, Chaigne S, Pasqualin C, Bru-Mercier G, Recalde A, Pascarel-Auclerc C, Hof T, Haïssaguerre M, Hocini M, Jaïs P, Bernus O, Brette F (2023) Regional differences in Ca2+ signaling and transverse-tubules across left atrium from adult sheep. Int J Mol Sci 24: 2347. https://doi.org/10.3390/ijms24032347
  25. Wilson AJ, Schoenauer R, Ehler E, Agarkova I, Bennett PM (2014) Cardiomyocyte growth and sarcomerogenesis at the intercalated disc. Cell Mol Life Sci 71: 165–181. https://doi.org/10.1007/s00018-013-1374-5
  26. Kanaporis G, Blatter LA (2015) The mechanisms of calcium cycling and action potential dynamics in cardiac alternans. Circ Res 116: 846–856. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.305404
  27. Narayan SM, Franz MR, Clopton P, Pruvot EJ, Krummen DE (2011) Repolarization alternans reveals vulnerability to human atrial fibrillation. Circulation 123: 2922–2930. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.110.977827
  28. Muthavarapu N, Mohan A, Manga S, Sharma P, Bhanushali AK, Yadav A, Damani DN, Jais P, Walton RD, Arunachalam SP, Kulkarni K (2023) Targeted atrial fibrillation therapy and risk stratification using atrial alternans. J Cardiovasc Dev Dis 10: 36. https://doi.org/10.3390/jcdd10020036
  29. Butova X, Myachina T, Simonova R, Kochurova A, Mukhlynina E, Kopylova G, Shchepkin D, Khokhlova A (2023) The inter-chamber differences in the contractile function between left and right atrial cardiomyocytes in atrial fibrillation in rats. Front Cardiovasc Med 10: 1203093. https://doi.org/10.3389/fcvm.2023.1203093
  30. Berenfeld O, Zaitsev AV, Mironov SF, Pertsov AM, Jalife J (2002) Frequency-dependent breakdown of wave propagation into fibrillatory conduction across the pectinate muscle network in the isolated sheep right atrium. Circ Res 90: 1173–1180. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000022854.95998.5C
  31. Prabhu S, Voskoboinik A, Mclellan A, Peck K, Nalliah C, Wong G, Azzopardi S, Lee G, Mariani J, Ling L, Taylor A, Kalman J, Kistler P (2017) A comparison of the electrophysiologic and electroanatomic characteristics between the right and left atrium in persistent atrial fibrillation: is the right atrium a window into the left? Heart Lung Circ 26: S176. https://doi.org/10.1016/j.hlc.2017.06.304

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Анализ параметров укорочения-расслабления саркомеров предсердий и миокардиальных рукавов вен: (a) — репрезентативная схема, демонстрирующая расчет параметров укорочения-расслабления саркомеров; (b) — репрезентативные профили изменения длины саркомеров при механически ненагруженных сокращениях кардиомиоцитов: 1 — саркомеры кардиомиоцита легочной вены (PV); 2 — саркомеры кардиомиоцита левого предсердия (LA); 3 — саркомеры кардиомиоцита верхней полой вены (SVC); 4 — саркомеры кардиомиоцита правого предсердия (RA). Оцениваемые параметры укорочения саркомеров: (c) — конечно-диастолическая длина саркомеров (EDSL); (d) — амплитуда укорочения саркомеров (SLS, в % от величины EDSL); (e) — максимальная скорость достижения пика укорочения (Vshort); (f) — максимальная скорость достижения расслабления (Vrel); (g) — время достижения пика укорочения (TTP); (h) — время достижения 50% расслабления (TTR50). Данные представлены в виде “ящика-с-усами” (границы — интервал Q1-Q3, усы — разброс между минимальным и максимальным значениями в выборке). Количество кардиомиоцитов в выборке (n) и количество животных в генеральной совокупности (N) представлено на графике как (n/N). 1-way ANOVA, достоверность различий при p < 0.05.

Скачать (513KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анализ альтернансов укорочения саркомеров: (a, b) — репрезентативные записи укорочения-расслабления саркомеров левого и правого предсердий (LA, RA) в стационарном состоянии; (c, d) — репрезентативные записи укорочения-расслабления саркомеров миокардиальных рукавов (PV, SVC) в стационарном состоянии и при появлении альтернансов: 1 — изменение длины саркомеров в стационарном состоянии (без альтернансов); 2 — изменения длины саркомеров при альтернирующей активности клеток; MIN, MAX — чередующиеся отклонения амплитуд укорочения саркомеров в меньшую (MIN) и большую (MAX) стороны от величины, регистрируемой до возникновения альтернансов. (e) — отклонения амплитуды укорочения саркомеров миокардиальных рукавов в MAX и MIN альтернансах в процентах относительно величин амплитуды в псевдостационарном состоянии (до и после альтернанса). Данные представлены как среднее и стандартное отклонение.

Скачать (346KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ морфометрических характеристик кардиомиоцитов предсердий и вен: (a, b) — репрезентативные фотографии кардиомиоцитов из левого и правого предсердия (LA, RA) и (c, d) — миокардиальных рукавов легочной и верхней полой вен (PV, SVC); (e) — длина кардиомиоцитов предсердий и вен; (f) — ширина (диаметр) кардиомиоцитов предсердий и вен. Шкала соответствует 10 мкм. Данные представлены в виде “ящика-с-усами” (границы — интервал Q1-Q3, усы — разброс между минимальным и максимальным значениями в выборке). 1-way ANOVA, достоверность различий при p < 0.05.

Скачать (330KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Анализ зависимости между морфометрическими характеристиками кардиомиоцитов и параметров укорочения-расслабления саркомеров правого предсердия (RA) и миокардиального рукава верхней полой вены (SVC): (a) — корреляция максимальной скорости достижения пика укорочения саркомеров (Vshort) и амплитуды укорочения саркомеров; (b) — корреляция амплитуды укорочения саркомеров и длины кардиомиоцитов. Сильная корреляция при r > 0.70.

Скачать (147KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Полиакриламидные гели электрофореза в присутствии Ds-Na для изоформ тяжелых (MHC) цепей миозина, экстрагированного из LA и RA, миокардиальных рукавов PV и SVC: 1 — миозин из левого желудочка в качестве маркера на βMHC; 2 — маркер молекулярной массы 200 кДа (Thermo Fisher Scientific, США); 3, 4, 5, 6 — миозин из LA, PV, SVC и RA, соответственно. ПААГ окрашен SYPRO Ruby (Thermo Fisher Scientific, США).

Скачать (49KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Анализ степени фосфорилирования сократительных белков саркомера: (a) — пример Ds-Na-ПААГ для определения степени фосфорилирования cMyBP-C, (b) регуляторной легкой цепи миозина (RLC) и (c) белков тропонинового комплекса TnT и TnI. 1 — маркер молекулярной массы (Thermo Fisher Scientific, США); 2 и 6 — миозин из левого предсердия (LA); 3 и 7 — миозин из легочных вен PV; 4 и 8 — миозин из верхней полой вены (SVC); 5 и 9 — миозин из правого предсердия (RA). Уровни фосфорилирования (d) cMyBP-C, (e) RLC, (f) TnT и (g) TnI. Данные по степени фосфорилирования белков представлены в виде “ящика-с-усами” (границы — интервал Q1-Q3, усы — разброс между минимальным и максимальным значениями в выборке). N — количество животных в каждой из анализируемых групп.

Скачать (322KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025