Late cardiac sodium current can be assessed using automated patch-clamp

The cardiac late Na (+) current is generated by a small fraction of voltage-dependent Na (+) channels that undergo a conformational change to a burst-gating mode, with repeated openings and closures during the action potential (AP) plateau. Its magnitude can be augmented by inactivation-defective mutations, myocardial ischemia, or prolonged exposure to chemical compounds leading to drug-induced (di)-long QT syndrome, and results in an increased susceptibility to cardiac arrhythmias. Using CytoPatch™ 2 automated patch-clamp equipment, we performed whole-cell recordings in HEK293 cells stably expressing human Nav1.5, and measured the late Na (+) component as average current over the last 100 ms of 300 ms depolarizing pulses to -10 mV from a holding potential of -100 mV, with a repetition frequency of 0.33 Hz. Averaged values in different steady-state experimental conditions were further corrected by the subtraction of current average during the application of tetrodotoxin (TTX) 30 μM. We show that ranolazine at 10 and 30 μM in 3 min applications reduced the late Na (+) current to 75.0 ± 2.7% (mean ± SEM, n = 17) and 58.4 ± 3.5% ( n = 18) of initial levels, respectively, while a 5 min application of veratridine 1 μM resulted in a reversible current increase to 269.1 ± 16.1% ( n = 28) of initial values. Using fluctuation analysis, we observed that ranolazine 30 μM decreased mean open probability p from 0.6 to 0.38 without modifying the number of active channels n, while veratridine 1 μM increased n 2.5-fold without changing p. In human iPSC-derived cardiomyocytes, veratridine 1 μM reversibly increased APD90 2.12 ± 0.41-fold (mean ± SEM, n = 6). This effect is attributable to inactivation removal in Nav1.5 channels, since significant inhibitory effects on hERG current were detected at higher concentrations in hERG-expressing HEK293 cells, with a 28.9 ± 6.0% inhibition (mean ± SD, n = 10) with 50 μM veratridine.

Slow skeletal troponin I gene transfer, expression, and myofilament incorporation enhances adult cardiac myocyte contractile function

The functional significance of the developmental transition from slow skeletal troponin I (ssTnI) to cardiac TnI (cTnI) isoform expression in cardiac myocytes remains unclear. We show here the effects of adenovirus-mediated ssTnI gene transfer on myofilament structure and function in adult cardiac myocytes in primary culture. Gene transfer resulted in the rapid, uniform, and nearly complete replacement of endogenous cTnI with the ssTnI isoform with no detected changes in sarcomeric ultrastructure, or in the isoforms and stoichiometry of other myofilament proteins compared with control myocytes over 7 days in primary culture. In functional studies on permeabilized single cardiac myocytes, the threshold for Ca2+-activated contraction was significantly lowered in adult cardiac myocytes expressing ssTnI relative to control values. The tension–Ca2+ relationship was unchanged from controls in primary cultures of cardiac myocytes treated with adenovirus containing the adult cardiac troponin T (TnT) or cTnI cDNAs. These results indicate that changes in Ca2+ activation of tension in ssTnI-expressing cardiac myocytes were isoform-specific, and not due to nonspecific functional changes resulting from overexpression of a myofilament protein. Further, Ca2+-activated tension development was enhanced in cardiac myocytes expressing ssTnI compared with control values under conditions mimicking the acidosis found during myocardial ischemia. These results show that ssTnI enhances contractile sensitivity to Ca2+ activation under physiological and acidic pH conditions in adult rat cardiac myocytes, and demonstrate the utility of adenovirus vectors for rapid and efficient genetic modification of the cardiac myofilament for structure/function studies in cardiac myocytes.

Cerebral cortical hyperactivation in response to mental stress in patients with coronary artery disease

The central nervous system (CNS) effects of mental stress in patients with coronary artery disease (CAD) are unexplored. The present study used positron emission tomography (PET) to measure brain correlates of mental stress induced by an arithmetic serial subtraction task in CAD and healthy subjects. Mental stress resulted in hyperactivation in CAD patients compared with healthy subjects in several brain areas including the left parietal cortex [angular gyrus/parallel sulcus (area 39)], left anterior cingulate (area 32), right visual association cortex (area 18), left fusiform gyrus, and cerebellum. These same regions were activated within the CAD patient group during mental stress versus control conditions. In the group of healthy subjects, activation was significant only in the left inferior frontal gyrus during mental stress compared with counting control. Decreases in blood flow also were produced by mental stress in CAD versus healthy subjects in right thalamus (lateral dorsal, lateral posterior), right superior frontal gyrus (areas 32, 24, and 10), and right middle temporal gyrus (area 21) (in the region of the auditory association cortex). Of particular interest, a subgroup of CAD patients that developed painless myocardial ischemia during mental stress had hyperactivation in the left hippocampus and inferior parietal lobule (area 40), left middle (area 10) and superior frontal gyrus (area 8), temporal pole, and visual association cortex (area 18), and a concomitant decrease in activation observed in the anterior cingulate bilaterally, right middle and superior frontal gyri, and right visual association cortex (area 18) compared with CAD patients without myocardial ischemia. These findings demonstrate an exaggerated cerebral cortical response and exaggerated asymmetry to mental stress in individuals with CAD.

Inhibition of poly(ADP-ribose) polymerase activity is insufficient to induce tetraploidy

Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) knockout mice are resistant to murine models of human diseases such as cerebral and myocardial ischemia, traumatic brain injury, diabetes, Parkinsonism, endotoxic shock and arthritis, implicating PARP in the pathogenesis of these diseases. Potent selective PARP inhibitors are therefore being evaluated as novel therapeutic agents in the treatment of these diseases. Inhibition or depletion of PARP, however, increases genomic instability in cells exposed to genotoxic agents. We recently demonstrated the presence of a genomically unstable tetraploid population in PARP–/– fibroblasts and its loss after stable transfection with PARP cDNA. To elucidate whether the genomic instability is attributable to PARP deficiency or lack of PARP activity, we investigated the effects of PARP inhibition on development of tetraploidy. Immortalized wild-type and PARP–/– fibroblasts were exposed for 3 weeks to 20 µM GPI 6150 (1,11b-dihydro-[2H]benzopyrano[4,3,2-de]isoquinolin-3-one), a novel small molecule specific competitive inhibitor of PARP (Ki = 60 nM) and one of the most potent PARP inhibitors to date (IC50 = 0.15 µM). Although GPI 6150 initially decreased cell growth in wild-type cells, there was no effect on cell growth or viability after 24 h. GPI 6150 inhibited endogenous PARP activity in wild-type cells by ∼91%, to about the residual levels in PARP–/– cells. Flow cytometric analysis of unsynchronized wild-type cells exposed for 3 weeks to GPI 6150 did not induce the development of tetraploidy, suggesting that, aside from its catalytic function, PARP may play other essential roles in the maintenance of genomic stability.

An alpha-mercaptoacrylic acid derivative is a selective nonpeptide cell-permeable calpain inhibitor and is neuroprotective.

Overactivation of calcium-activated neutral protease (calpain) has been implicated in the pathophysiology of several degenerative conditions, including stroke, myocardial ischemia, neuromuscular degeneration, and cataract formation. Alpha-mercaptoacrylate derivatives (exemplified by PD150606), with potent and selective inhibitory actions against calpain, have been identified. PD150606 exhibits the following characteristics: (i) Ki values for mu- and m-calpains of 0.21 microM and 0.37 microM, respectively, (ii) high specificity for calpains relative to other proteases, (iii) uncompetitive inhibition with respect to substrate, and (iv) it does not shield calpain against inactivation by the active-site inhibitor trans-(epoxysuccinyl)-L-leucyl-amido-3-methylbutane, suggesting a nonactive site action for PD150606. The recombinant calcium-binding domain from each of the large or small subunits of mu-calpain was found to interact with PD150606. In low micromolar range, PD15O6O6 inhibited calpain activity in two intact cell systems. The neuroprotective effects of this class of compound were also demonstrated by the ability of PD150606 to attenuate hypoxic/hypoglycemic injury to cerebrocortical neurons in culture and excitotoxic injury to Purkinje cells in cerebellar slices.

Trends in Socioeconomic Inequalities in Ischemic Heart Disease Mortality in Small Areas of Nine Spanish Cities from 1996 to 2007 Using Smoothed ANOVA

The aim of this study was to analyze the evolution of socioeconomic inequalities in mortality due to ischemic heart diseases (IHD) in the census tracts of nine Spanish cities between the periods 1996–2001 and 2002–2007. Among women, there are socioeconomic inequalities in IHD mortality in the first period which tended to remain stable or even increase in the second period in most of the cities. Among men, in general, no socioeconomic inequalities have been detected for this cause in either of the periods. These results highlight the importance of intra-urban inequalities in mortality due to IHD and their evolution over time.

Effet du CP-3(iv), un ligand du récepteur CD36, sur le stress oxydatif suite à une ischémie cardiaque transitoire chez la souris

Le récepteur éboueur CD36 facilite l’internalisation des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Lors d’une ischémie-reperfusion du myocarde (MI/R), les dommages produits sont en partie liés à l’internalisation des AGNE et à la production d’espèces réactives de l’oxygène, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36 (CD36-/-). Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le CP-3(iv), un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur en réduisant la taille de la zone myocardique infarcie lors d’une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de déterminer l’effet cardioprotecteur du CP-3(iv) et 2) de définir son mécanisme. Pour cela, des études in vivo et ex vivo ont été faites. Des souris de type sauvage ont été traitées avec le CP-3(iv) (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. De plus, des coeurs isolés de souris ont été perfusés 30 minutes, suivi de 40 minutes à faible débit (10%) et de 30 minutes de reperfusion pendant laquelle le coeur est perfusé avec le CP-3(iv) à une concentration de 10-6 M. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le CP-3(iv) permet de diminuer la taille de l’infarctus et préserve l’hémodynamie cardiaque de façon dépendante du CD36 puisque cet effet est non visible chez les souris CD36-/-. De plus, le CP-3(iv) exerce non seulement un effet systémique, mais aussi un effet cardioprotecteur direct sur le coeur isolé.

Electrodynamic heart model construction and ECG simulation

Objectives: In this paper, we present a unified electrodynamic heart model that permits simulations of the body surface potentials generated by the heart in motion. The inclusion of motion in the heart model significantly improves the accuracy of the simulated body surface potentials and therefore also the 12-lead ECG. Methods: The key step is to construct an electromechanical heart model. The cardiac excitation propagation is simulated by an electrical heart model, and the resulting cardiac active forces are used to calculate the ventricular wall motion based on a mechanical model. The source-field point relative position changes during heart systole and diastole. These can be obtained, and then used to calculate body surface ECG based on the electrical heart-torso model. Results: An electromechanical biventricular heart model is constructed and a standard 12-lead ECG is simulated. Compared with a simulated ECG based on the static electrical heart model, the simulated ECG based on the dynamic heart model is more accordant with a clinically recorded ECG, especially for the ST segment and T wave of a V1-V6 lead ECG. For slight-degree myocardial ischemia ECG simulation, the ST segment and T wave changes can be observed from the simulated ECG based on a dynamic heart model, while the ST segment and T wave of simulated ECG based on a static heart model is almost unchanged when compared with a normal ECG. Conclusions: This study confirms the importance of the mechanical factor in the ECG simulation. The dynamic heart model could provide more accurate ECG simulation, especially for myocardial ischemia or infarction simulation, since the main ECG changes occur at the ST segment and T wave, which correspond with cardiac systole and diastole phases.

Effet du CP-3(iv), un ligand du récepteur CD36, sur le stress oxydatif suite à une ischémie cardiaque transitoire chez la souris

Le récepteur éboueur CD36 facilite l’internalisation des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Lors d’une ischémie-reperfusion du myocarde (MI/R), les dommages produits sont en partie liés à l’internalisation des AGNE et à la production d’espèces réactives de l’oxygène, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36 (CD36-/-). Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le CP-3(iv), un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur en réduisant la taille de la zone myocardique infarcie lors d’une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de déterminer l’effet cardioprotecteur du CP-3(iv) et 2) de définir son mécanisme. Pour cela, des études in vivo et ex vivo ont été faites. Des souris de type sauvage ont été traitées avec le CP-3(iv) (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. De plus, des coeurs isolés de souris ont été perfusés 30 minutes, suivi de 40 minutes à faible débit (10%) et de 30 minutes de reperfusion pendant laquelle le coeur est perfusé avec le CP-3(iv) à une concentration de 10-6 M. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le CP-3(iv) permet de diminuer la taille de l’infarctus et préserve l’hémodynamie cardiaque de façon dépendante du CD36 puisque cet effet est non visible chez les souris CD36-/-. De plus, le CP-3(iv) exerce non seulement un effet systémique, mais aussi un effet cardioprotecteur direct sur le coeur isolé.

Assessing microvascular function with breathing maneuvers : an oxygenation-sensitive CMR study

Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale.

Diagnóstico de enfermagem risco de quedas em pacientes com angina instável

O risco de quedas pode ser reconhecido como fenômeno ou diagnóstico de enfermagem. Pesquisas relacionam diretamente isquemias miocárdicas, como a angina instável e o risco de cair. Objetivou-se analisar o diagnóstico de enfermagem Risco de quedas na ocorrência de angina instável por um estudo transversal realizado em 57 indivíduos internados em um hospitalescola, mediante exame físico e formulário. Para o tratamento estatístico foram utilizados teste qui-quadrado, teste exato de Fisher, Mann-Whitney, teste-t e Coefi ciente Phi (p<0,05). O Risco de quedas foi o diagnóstico de enfermagem mais prevalente (87,71%), sobretudo em homens, mais velhos, com menos anos de estudo e renda inferior. Presença da angina instável, hipertensão arterial, medicação anti-hipertensiva, doença vascular, difi culdades visuais e insônia apresentaram associação com o diagnóstico de enfermagem Risco de quedas. Conclui-se que é imprescindível o desenvolvimento de parâmetros claros e objetivos à mensuração mais acurada do risco de quedas no âmbito hospitalar

Diagnóstico de enfermagem risco de quedas em pacientes com angina instável

O risco de quedas pode ser reconhecido como fenômeno ou diagnóstico de enfermagem. Pesquisas relacionam diretamente isquemias miocárdicas, como a angina instável e o risco de cair. Objetivou-se analisar o diagnóstico de enfermagem Risco de quedas na ocorrência de angina instável por um estudo transversal realizado em 57 indivíduos internados em um hospitalescola, mediante exame físico e formulário. Para o tratamento estatístico foram utilizados teste qui-quadrado, teste exato de Fisher, Mann-Whitney, teste-t e Coefi ciente Phi (p<0,05). O Risco de quedas foi o diagnóstico de enfermagem mais prevalente (87,71%), sobretudo em homens, mais velhos, com menos anos de estudo e renda inferior. Presença da angina instável, hipertensão arterial, medicação anti-hipertensiva, doença vascular, difi culdades visuais e insônia apresentaram associação com o diagnóstico de enfermagem Risco de quedas. Conclui-se que é imprescindível o desenvolvimento de parâmetros claros e objetivos à mensuração mais acurada do risco de quedas no âmbito hospitalar

Assessing microvascular function with breathing maneuvers : an oxygenation-sensitive CMR study

Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale.

Remote Ischemic Conditioning Influences Mitochondrial Dynamics

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