$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Двойное оптическое картирование внутриклеточногоCa2+ и трансмембранного потенциала (Vm) в интактном сердце с перфузией Лангендорфа стало основой исследований в области электрофизиологии сердца, включая механизмы аритмии и связи возбуждения-сокращения1-4. Этот подход позволил получить беспрецедентные знания о нормальной и аномальной электрофизиологии и, что важно, о двунаправленной связи междуVm и внутриклеточным Ca2+. Тем не менее, оптическое картирование внутриклеточногоCa2+ с высокоаффинными флуоресцентными индикаторами (такими как Rhod-2 и Fluo-4) сообщает только о объемных изменениях внутриклеточногоCa2+ и не позволяет определить, обусловлены ли эти изменения трансмембранным потокомCa2+, высвобождением и возвращением во внутриклеточные хранилища или, в большинстве случаев, некоторой комбинацией того и другого. Кроме того, высокоаффинные индикаторы Ca2+ имеют медленную кинетику включения-выключения и могут неточно сообщать о быстрых изменениях концентрации Ca2+ 5.
Каждый потенциал действия вызывает повышение внутриклеточногоCa2+, известного как внутриклеточный транзиторныйCa2+ (CaT). В сердце млекопитающих примерно 70–90% от общего количества CaT происходит за счет высвобожденияCa2+ из саркоплазматического ретикулума (SR) через открытие рианодиновых рецепторов (RyR)6. В пределах SR примерно половина общего Ca2+ связывается с кальсеквестрином (CSQ) и другими внутри-SR буферами7, которые играют важную роль в гомеостазе SRCa2+ 8,9. Количество свободного SR Ca2+ определяет движущую силу для высвобождения SR Ca2+, а также для гейтирования RyR, и, следовательно, оказывает значительное влияние на внутриклеточный CaT. Кроме того, изменения в высвобождении или обратном захвате SR Ca2+ могут, в свою очередь, влиять наVm через электрогенный обмен Na+-Ca2+, что может иметь аритмогенные последствия. Таким образом, в дополнение к CaT, мониторинг свободного SR Ca2+ может дать важную информацию о сократительной и электрофизиологической дисфункции.
За последние несколько лет исследователи добились значительных успехов в мониторинге SR Ca2+ в изолированных сердечных миоцитах и из одного места на интактном сердце. Один из таких методов требует быстрых импульсов кофеина для открытия RyR, а содержание SR Ca2+ затем выводится или рассчитывается на основе немедленного повышения внутриклеточного Ca2 + 10. Другой интригующий подход использует низкоаффинные индикаторы Ca2+, такие как Fluo-5N11 или Mag-Fluo412, которые связываются со свободным SR Ca2+. Эти показатели имеют константы диссоциации (Kd) в диапазоне от 10 до 400 мкМ и, следовательно, демонстрируют минимальную флуоресценцию в цитозоле по сравнению с просветом SR, где концентрация Ca2+ ([Ca2+]SR) находится в миллимолярном диапазоне. С использованием низкоаффинных показателей Ca2+ были исследованы некоторые аспекты цикличности SR Ca2+ на уровне изолированного миоцита, включая фракционное высвобождение SR Ca2+ и механизмы альтернанов Ca2+ 13,14. Однако для того, чтобы полностью понять гетерогенную природу цикличности SR Ca2+ в интактном сердце и роль SR Ca2+ в пространственно различных аритмических явлениях, необходимы методы визуализации SR Ca2+ на эпикардиальной поверхности интактного сердца.
В этой статье описывается методология двойного оптического картирования свободных SR Ca+ 2+ и Vm в интактном сердце кролика, перфузированном по методу Лангендорфа, с низкоаффинным индикаторомCa2+ Fluo-5N. В дополнение к выявлению характеристик SR Ca2+ в пространстве на эпикардиальной поверхности сердца, этот подход имеет преимущество одновременного мониторингаVm, что позволяет исследовать двунаправленную связь междуVm и SR Ca2+.