Contribution of frequency-augmented inward Ca²⁺ current to myocardial contractility

Authors: Parilak, Leonard D.; Taylor, David G.; Song, Yejia; Burkart, Thomas; Shryock, John C.; Curtis, Anne B.; Knot, Harm J.

Source: Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, Volume 87, Number 1, January 2009 , pp. 69-75(7)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

The sarcoplasmic reticular Ca²⁺ pump (SERCA) is thought to be the primary determinant of heart rate-dependent increases in myocardial contractile [Ca²⁺]_i and force (force-frequency relationship (FFR)), an important mechanism to increase cardiac output. This report demonstrates a rate-dependent role for inward Ca²⁺ current (I_Ca) in the human and rat FFR. Human action potential plateau height increased linearly with contractility when heart rate increased in vivo, as measured by monophasic action potential catheter and echocardiography. Rat rate-dependent developed force and cytosolic [Ca²⁺]_i transients were quantified in isolated left ventricular papillary muscles, and I_Ca and action potential duration in cardiomyocytes. I_Ca and SERCA measurements better reflected [Ca²⁺]_i and force transients than SERCA activity alone. These data support a direct and (or) indirect contribution to myocardial contractility by I_Ca at heart rates from approximately 1 to 3-4 Hz (60 to 180-240 bpm) in tandem with SERCA to sustain the typical `bell shape' of the FFR across species.

La pompe à Ca²⁺ du réticulum sarcoplasmique (SERCA) serait le principal déterminant de l'augmentation dépendante de la fréquence cardiaque de la [Ca²⁺]_i et de la force (relation force-fréquence, RFF) de contraction du myocarde, un mécanisme important pour augmenter le débit cardiaque. Le présent article démontre que le courant Ca²⁺ entrant (I_Ca) joue un rôle dépendant de la fréquence dans la RFF chez l'humain et le rat. Chez l'humain, l'amplitude du plateau du potentiel d'action a augmenté linéairement avec la contractilité lorsque la fréquence cardiaque a augmenté in vivo, comme mesuré par l'enregistrement du potentiel d'action monophasique au moyen d'un cathéter et par échocardiographie. Chez le rat, les augmentations transitoires de la [Ca²⁺]_i cytosolique et de la force développée dépendantes de la fréquence ont été mesurées dans les muscles papillaires isolés du ventricule gauche, et l'I_Ca ainsi que la durée du potentiel d'action ont été mesurés dans les cardiomyocytes. Les mesures de l'I_Ca et de la SERCA ont mieux reflété les augmentations transitoires de la [Ca²⁺]_i et de la force que l'activité SERCA seule. Ces résultats appuient l'hypothèse d'une contribution directe et/ou indirecte de l'I_Ca et de la SERCA à la contractilité myocardique, à des fréquences cardiaques d'approximatement 1 à 3-4 Hz (60 à 180-240 pbm), pour maintenir la « forme en cloche » typique de la RFF chez toutes les espèces.

Document Type: Research article

Publication date: 2009-01-01

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