Potassium fluxes, energy metabolism, and oxygenation in intact diabetic rat hearts under normal and stress conditions

We evaluated the function of Na⁺/K⁺ ATPase and sarcolemmal K_ATP channels in diabetic rat hearts. Six weeks after streptozotocin (STZ) injection, unidirectional K⁺ fluxes were assayed by using ⁸⁷rubidium (⁸⁷Rb⁺) MRS. The hearts were loaded with Rb⁺ by perfusion with Krebs-Henseleit buffer, in which 50% of K⁺ was substituted with Rb⁺. The rate constant of Rb⁺ uptake via Na⁺/K⁺ ATPase was reduced. K_ATP-mediated Rb⁺ efflux was activated metabolically with 2,4-dinitrophenol (DNP, 50 µmol·L^-1) or pharmacologically with a K_ATP channel opener, P-1075 (5 µmol·L^-1). Cardiac energetics were monitored by using ³¹P MRS and optical spectroscopy. DNP produced a smaller ATP decrease, yet similar Rb⁺ efflux activation in STZ hearts. In K⁺-arrested hearts, P-1075 had no effect on high-energy phosphates and stimulated Rb⁺ efflux by interaction with SUR2A subunit of K_ATP channel; this stimulation was greater in STZ hearts. In normokalemic hearts, P-1075 caused cardiac arrest and ATP decline, and the stimulation of Rb⁺ efflux was lower in normokalemic STZ hearts arrested by P-1075. Thus, the Rb⁺ efflux stimulation in STZ hearts was altered depending on the mode of K_ATP channel activation: pharmacologic stimulation (P-1075) was enhanced, whereas metabolic stimulation (DNP) was reduced. Both the basal concentration of phosphocreatine ([PCr]) and [PCr]/[ATP] were reduced; nevertheless, the STZ hearts were more or equally resistant to metabolic stress.

Nous avons évalué la fonction de la Na⁺/K⁺ ATPase et des canaux K_ATP sarcolemmiques dans des cœurs de rats diabétiques. Six semaines après l’injection de streptozotocine (STZ), les flux K⁺ unidirectionnels ont été évalués par SRM du ⁸⁷rubidium (⁸⁷Rb⁺). Les cœurs ont été chargés en Rb⁺ par une perfusion avec un tampon de Krebs-Henseleit dans lequel 50 % du K⁺ a été remplacé par du Rb⁺. La constante de vitesse de la capture de Rb⁺ par le biais de la Na⁺/K⁺ ATPase a été réduite. L’efflux de Rb⁺ véhiculé par le canal K_ATP a été activé métaboliquement avec du 2,4-dinitrophénol (DNP, 50 µmol·L^-1) ou pharmacologiquement avec l’ouvreur du canal K_ATP, P-1075 (5 µmol·L^-1). Le métabolisme cardiaque a été examiné par SRM du ³¹P et par spectroscopie optique. Le DNP a provoqué une plus faible diminution d’ATP, mais une activation similaire de l’efflux de Rb⁺ dans les cœurs STZ. Dans les cœurs arrêtés par K⁺, P-1075 n’a pas eu d’effet sur les phosphates riches en énergie et a stimulé l’efflux de Rb⁺ par une interaction avec la sous-unité SUR2A du canal K_ATP; cette stimulation a été plus forte dans les cœurs STZ. Dans les cœurs normokaliémiques, P-1075 a provoqué un arrêt cardiaque et une diminution de l’ATP; de plus, la stimulation de l’efflux de Rb⁺ a été plus faible dans les cœurs STZ normokaliémiques arrêtés par P-1075. Ainsi, la stimulation de l’efflux de Rb⁺ dans les cœurs STZ a été modifiée en fonction du mode d’activation du canal K_ATP : la stimulation pharmacologique (P-1075) a été renforcée, alors que la stimulation métabolique (DNP) a été réduite. Les valeurs basales de [PCr] et du rapport [PCr]/[ATP] ont été réduites; néanmoins, les cœurs STZ ont été plus résistants ou tout aussi résistants au stress métabolique.