Kalio kanalų (kach

KAUNO MEDICINOS UNIVERSITETAS

Herta Gurskaitė

Kalio kanalų (k

ir k

) naujų sulfonilkarbamidinių moduliatorių

įtaka širdies elektromechaniniam aktyvumui

Daktaro disertacija

Biomedicinos mokslai, biofizika (02 B)

TURINYS

1. SANTRUMPOS...4

2. ĮVADAS ...5

Mokslinis darbo naujumas ...8

Darbo tikslas ir uždaviniai ...9

3. LITERATŪROS APŽVALGA...10

3.1. Miokardo ląstelių K+ kanalų klasifikacija ir struktūra ...12

3.2. Įtampa valdomų K+ jonų srovių kanalų struktūra ir funkcija...14

3.3. Ligandų valdomų vidinio išlyginimo K+ jonų srovių kanalų struktūra ir funkcija...17

3.4. K+ jonų srovių kanalai ir aritmijos...24

3.5. Antiaritmikų savybės ir poveikis širdies ritmui ...27

4. MEDŽIAGOS IR DARBO METODAI...33

4.1. Miokardo elektromechaninio aktyvumo registravimo metodika ...33

4.2. Langendorfo metodika ...36

4.3. Vienetinių varlės miokardo ląstelių išskyrimo metodika...39

4.4. Medžiagos ir reagentai...42

5. TYRIMŲ REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS ...45

5.1. Muskarininių receptorių valdomų (KACh) ir ATF-u reguliuojamų kalio kanalų (KATF) aktyviklių ir slopiklių įtaka jūrų kiaulytės miokardo elektromechaniniam aktyvumui ...45

5.2. Prokainamido ir jo sulfonilkarbamidinių darinių poveikis jūrų kiaulytės prieširdžių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems muskarininių receptorių valdomiems KACh kanalams...48

5.3. Prokainamido ir jo sulfonilkarbamidinių darinių poveikis jūrų kiaulytės papiliarinių raumenėlių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems ATF-u reguliuojamiems KATF kanalams...53

5.4. 2-aminopiridino (2-AP) ir jo sulfonilkarbamidinių darinių poveikis jūrų kiaulytės prieširdžių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems muskarininių receptorių valdomiems KACh kanalams...56

5.5. 2-aminopiridino (2-AP) ir jo sulfonilkarbamidinių darinių poveikis jūrų kiaulytės papiliarinių raumenėlių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems ATF-u reguliuojamiems KATF

kanalams...61

5.6. Sulfonilkarbamidinių 2-aminopirimidino (APM) darinių poveikis jūrų kiaulytės prieširdžių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems muskarininių receptorių valdomiems KACh kanalams...65

5.7. Sulfonilkarbamidinių 2-aminopirimidino (APM) darinių poveikis jūrų kiaulytės papiliarinių raumenėlių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems ATF-u reguliuojamiems KATF kanalams...69

5.8. 4-aminopiridino (4-AP) ir jo sulfonilkarbamidinių darinių poveikis jūrų kiaulytės prieširdžių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems muskarininių receptorių valdomiems KACh kanalams...72

5.9. 4-aminopiridino (4-AP) ir jo sulfonilkarbamidinių darinių poveikis jūrų kiaulytės papiliarinių raumenėlių elektromechaniniam aktyvumui, esant aktyvuotiems ATF-u reguliuojamiems KATF kanalams...77

5.10. Efektyviausių sulfonilkarbamidinių prokainamido, aminopiridino, 4-aminopiridino ir 2-aminopirimidino darinių anticholinerginio poveikio izoliuotos jūrų kiaulytės širdies sinusiniam ritmui tyrimas Langendorfo metodu ...81

5.11. 2-aminopiridino sulfonilkarbamidinio darinio (2-AP27) poveikis izoliuotų varlės miokardo ląstelių izoprenalinu stimuliuotai L-tipo Ca2+ _{jonų srovei...85}

6. REZULTATŲ APIBENDRINIMAS...89

7. IŠVADOS ...94

8. LITERATŪROS SĄRAŠAS ...95

1. SANTRUMPOS

2-AP – 2-aminopiridinas 4-AP – 4-aminopiridinas

A1 – adenozino poveikiui jautrūs receptoriai

AC - adenilatciklazė

AC5 – 5-osios izoformos adenilatciklazė AC6 – 6-osios izoformos adenilatciklazė ACh – acetilcholinas

ADF – adenozin-5‘-difosfatas AMP – 2-aminopirimidinas ATF – adenozin-5‘-trifosfatas ATFi – viduląstelinis ATF

cAMF – ciklinis adenozin-3‘,5‘-monofosfatas FDE2 – 2-ojo tipo fosfodiesterazė

GDF – guanozin-5‘-difosfatas GMF – guanozin-5‘-monofosfatas GTF – guanozin-5‘-trifosfatas IKACh – K+ srovė per KACh kanalus

IKATF – K+ srovė per KATF kanalus

KACh – ACh-u reguliuojami K+ kanalai

KATF – ATF-u reguliuojami K+ kanalai

NDF – nukleotido difosfatas PA - prokainamidas

PIP2 – inozitolfosfatidildifosfatas

PKA – baltymų kinazė A PKC – baltymų kinazė C PKG – baltymų kinazė G

PNS – parasimpatinė nervų sistema PP2A – fosfoproteino fosfatazė 2A RP – ramybės potencialas

VP – veikimo potencialas

VP50 - veikimo potencialo trukmė 50 proc. repoliarizacijos lygyje

2. ĮVADAS

Klinikiniai ir eksperimentiniai tyrimai rodo, kad dažniausiai pasitaikantys ir netgi mirtį sukeliantys širdies ritmo sutrikimai yra prieširdžių virpėjimas ir tachiaritmijos [Hagens ir kt, 2006; Siddiqui ir Kowey, 2006; Lomax ir kt., 2003; Bers, 2002]. Vieni svarbiausių šias aritmijas sukeliančių veiksnių yra miokardo ląstelių veikimo potencialų (VP) trukmės ir efektyviojo refrakterinio periodo sutrumpėjimas. Miokardo ląstelių veikimo potencialų repoliarizaciją (1, 2, 3 ir 4 fazes), jų bei efektyviojo refrakterinio periodo trukmes apsprendžia K+ jonų srovės per įvairių rūšių K+ kanalus, o taip pat Ca2+ jonų srovė per L-tipo Ca2+ kanalus [Dobrev ir kt., 2005; Nerbonne ir kt., 2005; Neumann ir kt., 2003; Harvey ir Belevych, 2003; Lomax ir kt., 2003].

Miokardo ląstelių K+ kanalai yra svarbūs ne tik VP-ų trukmės bei formos, ramybės potencialo, peismeikerinių ląstelių automatizmo, širdies ritmo, nervinio impulso sklidimo reguliatoriai, bet ir miokardo funkciją keičiančių neurotransmiterių, neurohormonų, viduląstelių mediatorių bei įvairių vaistų taikiniai [Snyders, 1999; Nerbonne, 2000].

Žinduolių miokardo K+ kanalai skirstomi į įtampa valdomus ir ligandų valdomus K+ srovių kanalus [Nerbonne ir kt., 2001]. Pirmosios grupės kanalams priklauso greitos aktyvacijos ir greitos inaktyvacijos trumpalaikės išeinančios (Ito), uždelsto išlyginimo (IKr) ir vidinio išlyginimo “bazinės”

K+ srovės kanalai (IK1). Antrosios grupės kanalams priskiriami vidinio išlyginimo muskarininių

receptorių valdomi K+ kanalai (KACh), viduląsteliniu ATF-u reguliuojami K+ kanalai (KATF) ir

viduląstelinio Ca2+ ar Na+ aktyvuojami K+ kanalai (KCa, KNa) [Snyders, 1999; Nerbonne, 2000;

Roden ir kt., 2002].

Nuo ligandais valdomų vidinio išlyginimo K+ jonų srovės kanalų (KACh ir KATF) aktyvumo

labiausiai priklauso 3-osios (galutinės greitos repoliarizacijos) VP fazės, o tuo pačiu ir VP-ų trukmė. Per daug suaktyvėjus šiems kanalams, gali prasidėti širdies ritmo sutrikimai.

Tokios sąlygos susidaro, padidėjus parasimpatinės nervų sistemos tonusui ar dirginant klajoklį nervą, kai iš poganglinių skaidulų išsiskyręs acetilcholinas jungiasi su miokardo ląstelių membranoje esančiais M2 muskarininiais receptoriais ir, dalyvaujant Gi baltymams, aktyvuoja šių

receptorių valdomus KACh kanalus bei padidina K+ jonų srovę iš ląstelės. Be to, Gi baltymų

aktyvinimas šių receptorių agonistais slopina fermentą adenilatciklazę, todėl mažėja cAMF-o susidarymas, Ca2+ srovė per L-tipo kanalus. Dėl to mažėja VP-ų trukmė, susitraukimo jėga, greitėja miokardo ląstelių repoliarizacija, trumpėja efektyvusis refrakterinis periodas ir susidaro sąlygos prieširdžių virpėjimui pasireikšti.

VP-ų ir refrakterinio periodo trukmės mažėja ir miokardo išemijos ar hipoksijos metu dėl KATF kanalų atsidarymo. Jeigu išemija ar hipoksija pažeidžia tik kai kurias širdies sritis (taip būna

susiaurėjus ar užsikimšus vainikinėms arterijoms arba jų stenozės atveju), KATF kanalų atsidarymas

ir VP-ų trukmės sumažėjimas sukelia refrakteriškumo dispersiją, reentry tipo aritmijas, skilvelių virpėjimą ir susitraukimo jėgos sumažėjimą.

Šių aritmijų pašalinimui vartojami antiaritminiai preparatai, kurie reguliuoja joninių kanalų, apsprendžiančių miokardo veikimo potencialų repoliarizaciją, jų trukmę ir refrakterinį periodą, aktyvumus.

Daugelį metų širdies ritmui reguliuoti vartojamas IA klasės antiaritmikas prokainamidas, kuris slopina greitąją Na+ jonų srovę. Be to, nustatyta, kad prokainamidas pasižymi ir silpnomis anticholinerginėmis bei KATF kanalus blokuojančiomis savybėmis [Boucher ir kt., 1998; Wu ir kt.,

1992; Horei ir kt., 1992; Iost ir kt., 2003]. Tačiau šis vaistas aritmijas ne tik šalina, bet ilgindamas QT intervalą ir lėtindamas laidumą, gali jas (skilvelių tachiaritmijas) netgi sukelti.

K+ jonų kanalus blokuojantys ir dėl to III-os klasės antiaritmikams būdingomis savybėmis pasižymintys preparatai, pavyzdžiui, prokainamido metabolitas acetilprokainamidas (acekainidas), sematilidas, dofetilidas, ibutilidas, azimilidas, klofilijumas, d-sotalolas, d,l-sotalolas ir kt. taip pat pastebimai ilgina VP-ų trukmę ir repoliarizacijos fazę, todėl gali sulėtinti impulso laidumą bei sukelti gyvybei pavojingas širdies aritmijas [Matsuda ir kt., 2006; Fedida ir kt., 2005; Varro ir kt., 2004; Pogwizd ir Bers, 2004; Tamargo ir kt., 2004]. Nors prieširdžių ir skilvelių ritmo sutrikimai daugelį metų veiksmingai šalinami palyginus mažą proaritminį veikimą sukeliančiu ir III-os klasės antiaritmikams būdingomis savybėmis pasižyminčiu preparatu amiodaronu, dėl sunkaus toksinio poveikio daugeliui organų jo vartojimas yra ribojamas. K+ jonų kanalų aktyvumą slopina bei aritmijas šalina ir aminopiridinų grupės preparatai, tačiau dėl neselektyviai blokuojamų įvairių rūšių K+ kanalų jie sukelia daug nepageidaujamų reakcijų [Johnson ir Morgan, 2006].

Nustatyta, kad dėl išemijos metu suaktyvėjusių KATF kanalų atsiradusias aritmijas pašalina

sulfonilkarbamido fragmentą turintis ir šiuos kanalus slopinantis antidiabetinis vaistas glibenklamidas. Tačiau jis, be potencialaus antifibriliacinio poveikio išeminei širdžiai, turi ir šalutinių nepageidaujamų poveikių, t.y. mažina gliukozės kiekį kraujyje, pasižymi vazokonstrikcinėmis savybėmis, yra neselektyvus.

Tokiu būdu, paieška efektyvių ir selektyvių preparatų, reguliuojančių aktyvumą K+ kanalų, tame tarpe ir muskarininių receptorių valdomų (KACh) ir nuo viduląstelinio ATF-o priklausomų

KATF kanalų, lemiančių veikimo potencialų repoliarizaciją, ir jų veikimo mechanizmų nustatymas

yra aktuali šiuolaikinės kardiologijos problema.

Pastaraisiais metais, įvertinus didelės grupės sulfonilkarbamidinių antidiabetinių junginių cheminę struktūrą bei savybes, kilo mintis 2-aminopiridino, 2-aminopirimidino ir 4-aminopiridino

aromatinių žiedų amino grupę pakeisti sulfonilkarbamido fragmentu, o prokainamido aromatinio žiedo amino grupę - sulfonilkarbamido fragmentu su skirtingais radikalais. Tokiu būdu, Kardiologijos instituto Kardiotropinių medžiagų tyrimo grupės buvo susintetinti nauji sulfonilkarbamidiniai prokainamido dariniai (PA20, PA23, PA28, PA31, PA32, PA53), sulfonilkarbamidiniai 2-aminopiridino (2-AP21, 2-AP22, 2-AP26, 2-AP27), 2-aminopirimidino (APM23, APM24, APM25, APM28) ir 4-aminopiridino (4-AP29, 4-AP30, 4-AP31, 4-AP56) dariniai su skirtingo valentingumo azotu piridino ir pirimidino žieduose. Šiame darbe pateikti minėtų naujų sulfonilkarbamidinių junginių poveikio miokardo elektromechaninio aktyvumo parametrams, esant aktyvuotiems KACh kanalams (modeliuojant padidintą parasimpatinės nervų

sistemos aktyvumą) bei KATF kanalams (modeliuojant miokardo išemines sąlygas), tyrimų

Mokslinis darbo naujumas

Šiame darbe pirmą kartą ištirtas naujų sulfonilkarbamidinių prokainamido, 2-, 4- aminopiridinų ir 2-aminopirimidino darinių poveikis jūrų kiaulytės miokardo veikimo potencialų trukmei, susitraukimo jėgai, esant skirtingoms eksperimentinėms sąlygoms, t.y. esant aktyvuotiems, muskarininių receptorių valdomiems KACh kanalams (modeliuojant padidintą parasimpatinės

sistemos tonusą) ir aktyvuotiems ATF-u reguliuojamiems KATF kanalams (modeliuojant miokardo

išemines sąlygas) ir nustatyti efektyviausi anticholinerginiu bei KATF kanalus slopinančiu poveikiu

pasižymėję junginiai.

Nustatyta, kad IA klasės antiaritminio vaisto prokainamido, aminopiridino, 2-aminopirimidino ir III klasės antiaritminio preparato 4-aminopiridino struktūrų modifikavimas, prokainamido benzeno žiede prijungiant N-cikloheksilsulfonilkarbamido fragmentą (junginys PA20), prie 2-aminopiridino, 2-aminopirimidino ir aminopiridino piridino žiedų prijungiant 4-toluolsulfonilkarbamido fragmentą (ir cikloalifatinius šoninius žiedus 4-aminopiridino atveju) ir kvaternizuojant piridino ir pirimidino azotus (junginiai 2-AP27, APM28, 4-AP56 ir 4AP31), žymiai padidino jų anticholinerginį poveikį miokardo veikimo potencialų trukmei bei susitraukimo jėgai, t.y. padidino jų KACh kanalus slopinantį poveikį. Toks 2-aminopiridino, 2-aminopirimidino ir III

klasės antiaritminio preparato 4-aminopiridino struktūrų modifikavimas padidino ir jų KATF kanalus

slopinantį poveikį.

Langendorfo metodu perfuzuojant izoliuotą jūrų kiaulytės širdelę nustatyta, kad efektyviausiu anticholinerginiu poveikiu pasižymėję nauji sulfonilkarbamidiniai junginiai atstatė muskarininių receptorių agonistu karbacholu užblokuotą perfuzuojamos jūrų kiaulytės širdies sinusinį ritmą: nustatyta jų efektyvumo eilė PA20>2-AP27>4-AP56>APM28.

Tiriant efektyviausiu anticholinerginiu poveikiu pasižymėjusio 2-aminopiridino darinio 2-AP27 veikimo mechanizmą pirmą kartą nustatyta, kad šis junginys didino izoliuotų miokardo ląstelių karbacholu sumažintą L-tipo Ca2+ _{srovę (I}

CaL), tačiau neturėjo įtakos adenozinu sumažintai ICaL

(tyrimai atlikti fiksuotos įtampos patch-clamp) metodu. Tai rodo, kad 2-AP27 blokuoja miokardo ląstelių muskarininius receptorius, o ne tiesiogiai KACh kanalus ar kokliušo (pertussis) toksino

Darbo tikslas ir uždaviniai

Darbo tikslas - ištirti kalio kanalų (KACh ir KATF) naujų sulfonilkarbamidinių moduliatorių įtaką

jūrų kiaulytės miokardo elektromechaninio aktyvumo parametrams ir širdies ritmui.

Norinti įgyvendinti šį tikslą, iškelti uždaviniai:

1. Nustatyti muskarininių receptorių reguliuojamų K+ kanalų (KACh) aktyviklio karbacholo ir

ATF-u reguliuojamų K+ kanalų (KATF) aktyviklio pinacidilo bei šių kanalų slopiklių

(atropino ir glibenklamido) įtaką jūrų kiaulytės miokardo ląstelių veikimo potencialų trukmei ir susitraukimo jėgai.

2. Ištirti prokainamido ir jo naujų sulfonilkarbamidinių darinių įtaką jūrų kiaulytės miokardo ląstelių veikimo potencialų trukmei ir susitraukimo jėgai aktyvuotų KACh ir KATF kanalų

sąlygomis.

3. Ištirti 2- ir 4-aminopiridinų ir jų bei 2-aminopirimidino sulfonilkarbamidinių darinių įtaką jūrų kiaulytės miokardo ląstelių veikimo potencialų trukmei ir susitraukimo jėgai aktyvuotų KACh ir KATF kanalų sąlygomis.

4. Nustatyti efektyviausių naujų sulfonilkarbamidinių junginių anticholinerginį poveikį izoliuotos jūrų kiaulytės širdies sinusiniam širdies ritmui.

5. Nustatyti, ar efektyviausio sulfonilkarbamidinio junginio anticholinerginį poveikį sukėlė miokardo ląstelių muskarininių receptorių blokavimas ar kokliušo (pertussis) toksino poveikiui jautrių Gi baltymų aktyvumo slopinimas.

3. LITERATŪROS APŽVALGA

K+ jonų kanalai reguliuoja daugelį organizmo funkcijų. Kardiomiocitų K+ jonų kanalai yra svarbūs membranos ramybės potencialo (RP), veikimo potencialų (VP) trukmės, peismeikerinių ląstelių automatizmo, širdies ritmo, nervinio impulso sklidimo reguliatoriai [Snyders, 1999; Nerbonne, 2000]. Beveik kiekvienos VP-o fazės metu stebimas K+ jonų srautas per kardiomiocitų membranoje esančius įvairių rūšių K+kanalus.

Pirmame paveiksle pateikta miokardo ląstelės schema, rodanti pagrindines sistemas, reguliuojančias jonų transportą per sarkolemą ir dalyvaujančias ląstelių veikimo potencialų formavimo bei sujaudinimo-susitraukimo procesuose, t.y. joninius kanalus, joninius siurblius, mainų sistemas (3.1 pav.).

150 mM K+ 10 mM Na+ 6-8 mM Cl -100 nM Ca2+ 5.4 mM K+ 145 mM Na+ 125 mM Cl -1.8 mM Ca2+ Ląstelės išorė Ląstelės vidus Cl -I_Na I_CaT I_to2 I_CaL I_to1 Na+ Ca2+ Ca2+ I_K.2P I_Kur I_Kr I_Ks I_K1 G_s AC I_K.ATP I_K.ACh aktinas sarkomeras miozinas 150 mM K+ 10 mM Na+ 6-8 mM Cl -100 nM Ca2+ 5.4 mM K+ 145 mM Na+ 125 mM Cl -1.8 mM Ca2+ Ląstelės išorė Ląstelės vidus I_to2 Cl -Na+ I_Na Ca2+ I_CaT I_CaL I_to1 AC Ca2+ I_K.2P I_Kur I_Kr I_Ks I_K1 G_s I_K.ATP I_K.ACh aktinas miozinas sarkomeras

3.1 pav. Jonų transporto keliai per miokardo ląstelių sarkolemą: INa – greita įeinanti Na+ _{srovė, INa,K –} Na+_{– K}+ _{mainų sistemos srovė, ICaT – greita įeinanti T-tipo Ca}2+ _{srovė, ICaL – lėta L-tipo Ca}2+ _{srovė, IpCa – Ca}2+ _siurblio srovė, INCX – Na+_{- Ca}2+ _{mainų sistemos srovė, Ito1 – trumpalaikė išeinanti K}+ _{srovė, IK.2P – nuotėkio (leak) srovė, IKur –} labai greita uždelsto išlyginimo K+ _{srovė, IKR –greita uždelsto išlyginimo K}+ _{srovė, IKs – lėta uždelsto išlyginimo K}+ srovė, IK1 – vidinio išlyginimo K+ _{srovė, IKATP – ATF-u reguliuojama vidinio išlyginimo K}+ _{srovė, IKACh – muskarininių} receptorių reguliuojama vidinio išlyginimo K+ _{srovė [modifikuota remiantis Michailova ir kt., 2005].}

Slenkstinio dydžio impulsui paveikus miokardo ląsteles, juose generuojamas VP-as, kurį sudaro keturios fazės. 0 fazės, kitaip vadinamos greitos depoliarizacijos faze, metu atsidaro greitieji Na+ jonų kanalai ir Na+ jonai dideliu srautu plūsta į ląstelę (3.2 pav.). 1-osios (pradinės greitos reploliarizacijos) fazės metu laidumas Na+ jonams mažėja, tačiau iš ląstelių išeina K+ jonai per suaktyvėjusius Ito srovės (angl. transient outward) kanalus, be to į ląsteles patenka šiek tiek Cl- jonų.

2-osios (plato arba lėtos repoliarizacijos) fazės metu dažnai dar ne visiškai inaktyvuojama Na+ jonų srovė, be to į kardiomiocitų vidų per atsidariusius L-tipo kanalus skverbiasi Ca2+ jonai, sumažėja K+ jonų srautas per Ito srovės kanalus ir prasideda IKr srovės kanalų (angl. delayed rectifier) aktyvacija

bei per juos iš ląstelės išeinantis K+ jonų srautas. 3-osios (galutinės repoliarizacijos) fazės metu stebimas K+ jonų srautas iš ląstelės per IKr srovių kanalus bei Ca2+ jonų kanalų inaktyvacija.

Galutinės repoliarizacijos fazė baigiasi, kai suaktyvėja IK1 vidinio išlyginimo K+ jonų srovių kanalai

(angl. inward rectifier), kurie yra būtini normaliam RP-ui palaikyti [Roden ir kt., 2002; Snyders, 1999] (3.2 pav.). 100 ms 4 0 1 2 3 4 Skilvelio VP Prieširdžio VP INa ICa Ito,f Ito,s I_Kur I_KR I_Ks IK1 IKACh I_KATP 100 ms 4 0 1 2 3 4 Skilvelio VP Prieširdžio VP 4 0 1 2 3 4 Skilvelio VP Prieširdžio VP INa ICa Ito,f Ito,s I_Kur I_KR I_Ks IK1 IKACh I_KATP

3.2 pav. Širdies skilvelio ir prieširdžio ląstelių veikimo potencialai ir jų metu per membraną tekančios jonų srovės [modifikuota remiantis Nerbonne ir Kass, 2005; Tamargo ir kt., 2004].

Savaimingai VP-us generuojančioms laidžiosios sistemos (peismeikerinėms) ląstelėms būdinga ir 4-oji lėtos spontaninės diastolinės depoliarizacijos fazė, kurios metu teigiamą krūvį turintys jonai pernešami į ląsteles: pagal koncentracijos gradientą į kardiomiocitų vidų skverbiasi Na+ ir Ca2+ jonai, be to sulėtėja K+ jonų srautas į išorę.

VP-ų trukmė yra svarbus širdies ritmą reguliuojantis veiksnys. Suaktyvėjus galutinės repoliarizacijos (3-ąją) fazę reguliuojančioms srovėms, sumažėja VP-ų trukmė, o tai skatina širdies aritmijų atsiradimą. Tokios sąlygos susidaro padidėjus parasimpatinės nervų sistemos tonusui ir suaktyvėjus KACh kanalams, ar miokardo išemijos metu atsidarius ATF-u reguliuojamiems KATF

kanlams.

3.1. Miokardo ląstelių K

kanalų klasifikacija ir struktūra

K+ jonų kanalai skirstomi į dvi dideles grupes, t.y. ligandų valdomi vidinio išlyginimo K+ jonų srovių (Kir) kanalai ir įtampa valdomi K+ jonų srovių (Kv) kanalai (3.3 pav.). Pirmajai grupei priskiriami ACh-u bei ATF-u valdomi (KACh ir K ATF), o taip pat vidinio Na+, Ca2+ jonų aktyvinami

K+ kanalai. Antrajai grupei priklauso trumpalaikės išeinančios (Ito), uždelsto išlyginimo (IKr) ir

„bazinės“ srovės (IK1) K+ jonų kanalai. IKr srovės kanalai pagal aktyvacijos greitį gali būti trijų

rūšių: labai greitos (IKur), greitos (IKR) ir lėtos (IKs) aktyvacijos (3.3 pav.). K+_kanalai

TWIK

TREK

TASK

TALK Įtampa valdomi K+_srovių

kanalai (Kv)

Ligandų aktyvuojami (Kir)

kanalai Nuotėkio kanalai

Trumpalaikės išeinančios K+ srovės kanalai (Ito) “Bazinės” K+ srovės kanalai (IK1) Uždelsto išlyginimo K+ srovės kanalai (IKr) Labai greitos aktyvacijos K+_srovė (IKur) Lėtos aktyvacijos K+ srovė (IKs) Greitos aktyvacijos K+_{srovė (I} KR) Muskarininiai (acetilcholino) K+ kanalai (KACh) [Na]iaktyvuoti K+_kanalai (IKNa) [Ca2+_] i aktyvuoti K+ kanalai (IKCa) ATF-u reguliuojami K+ kanalai (KATF) K+_kanalai TWIK TREK TASK TALK Įtampa valdomi K+_srovių

kanalai (Kv)

Ligandų aktyvuojami (Kir)

kanalai Nuotėkio kanalai

Trumpalaikės išeinančios K+ srovės kanalai (Ito) “Bazinės” K+ srovės kanalai (IK1) Uždelsto išlyginimo K+ srovės kanalai (IKr) Labai greitos aktyvacijos K+_srovė (IKur) Lėtos aktyvacijos K+ srovė (IKs) Greitos aktyvacijos K+_{srovė (I} KR) Muskarininiai (acetilcholino) K+ kanalai (KACh) [Na]iaktyvuoti K+_kanalai (IKNa) [Ca2+_] i aktyvuoti K+ kanalai (IKCa) ATF-u reguliuojami K+ kanalai (KATF)

Pagal kanalą sudarančio pagrindinio (α) subvieneto struktūrą K+ _{kanalai skirstomi į tris}

grupes [Snyders, 1999; Nerbonne, 2000; Roden ir kt., 2002]:

1. Kanalai, kurių α subvienetą sudaro šeši membraną kertantys segmentai (S1-S6) ir viena poros kilpa (3.4 A pav.). Tokią struktūrą turi įtampa valdomi K+ kanalai (Kv), kurie suaktyvėja po membranos depoliarizacijos. Kanalo funkcijai yra labai svarbi S5 ir S6 sritis. Tarp šių segmentų yra į kanalo porą išsikišanti kilpa, kuri veikia tarsi filtras ir užtikrina kanalo selektyvumą K+ jonams. Be to, daugelio įtampa valdomų kanalų S6 segmente yra specifinė amino rūgščių seka, dėl kurios netoli aktyvacijos vartų jis išlinksta ir sumažina vidinį kanalo prieangį [Yellen, 2002]. S4 segmentas yra kanalo įtampos jutiklis, kadangi jame kas trečia amino rūgšties liekana turi teigiamą krūvį. Tokios struktūros α subvienetas ląstelės viduje turi kanalo inaktyvaciją reguliuojančias N- (NH2-) ir C-

(COOH-) terminales. N- terminalė „grandinės ir rutulio“ būdu uždaro vidines poros žiotis. C- terminalė užtikrina tokį išorinėse kanalo žiotyse esančių amino rūgščių liekanų persitvarkymą, dėl kurio šios žiotys užsidaro [Yellen, 2002].

Jeigu Kv kanalą sudaro keturi vienodi α subvienetai, jis vadinamas homomultimeriniu, jeigu įvairūs to paties pošeimio α subvienetų deriniai – heteromultimeriniu [Tamargo ir kt., 2004].

2. Tandeminės struktūros nuotėkio srovių kanalai (K.2P), kurių α subvienetą sudaro keturi membraną perveriantys segmentai ir dvi poros kilpos (3.4 B pav.). Šie subvienetai ląstelės viduje taip pat turi N- ir C- terminalę. Jiems jungiantis tarpusavyje atsiranda homodimerinis arba heterodimerinis kanalas. Šie mažai nuo laiko ir įtampos priklausomi K+ jonų kanalai skirstomi į keturias klases: TASK, TWIK, TREK, THIK.

3. Kanalai, kurių α subvienetą sudaro du membraną kertantys segmentai (M1, M2) ir viena poros kilpa (3.4 C pav.). Šią struktūrą turi ligandų valdomi vidinio išlyginimo K+ srovių (Kir) kanalai, kuriems priklauso KATF ir KACh kanalai [Snyders, 1999; Nerbonne, 2000; Seino ir Miki,

2003]. Tokios struktūros α subvienetai ląstelės viduje taip pat turi N- ir C- terminales. Jie jungiasi po keturis ir suformuoja homotetramerinį arba heterotetramerinį kanalą. Šie kanalai K+ jonus labiau praleidžia į ląstelę negu iš jos ir yra aktyvūs ramybės potencialo bei veikimo potencialo repoliarizacijos fazės metu [Snyders, 1999; Seino ir Miki, 2003].

Be pagrindinio α subvieneto, supančio vandens pripildytą kanalo porą, K+ _{kanalai turi ir}

papildomus β subvienetus (3.4 pav.). Jie gali būti kelių rūšių: citoplazmos baltymai (Kvβ1-3, KChip, KChap), vienetiniai membraną kertantys baltymai (minK, su minK susijęs baltymas MiRP), ATF-ą prijungiančios kasetės (SUR - sulfonilkarbamido receptoriai) [Nerbonne, 2000; Roden ir kt., 2002; Hanlon ir Wallace, 2002]. Su pagrindiniais subvienetais susijungę papildomi subvienetai

reguliuoja kanalų raišką (ekspresiją) ląstelės membranoje, kanalų vartų kinetiką, jų jautrumą vaistų poveikiui [Hanlon ir Wallace, 2002].

išorė vidus Nuotėkio (K2P) M3 M4 M1 M2 NH3 C00H 4TM (dvi-poros kilpos) Kvβ minK C N S1 S2 S3 S5 S6 P S4 + + + + išorė vidus Įtampa valdomi (Kv) 6TM/1P (viena-poros kilpa) Tetramerai (K_ACh) Oktamerai (KATF) C C N N K+ SUR2A TMD0 TMD1 TMD2 NH₃ C00H ATF ATF NBF-1 NBF-2 K ir3_.4 P Kir 3.1 P K ir3 .4 P Kir3 .1 P Pora

Vidinio išlyginimo (Kir)

M1 M2 C00H NH3 išorė vidus 2TM/1P (viena-poros kilpa) + SU R2 A SU R2 A SU R2_A SUR2 A Kir6.2 Kir6.2 Ki r6 .2 Kir 6.2 Pora A C B išorė vidus Nuotėkio (K2P) M3 M4 M1 M2 NH3 C00H 4TM (dvi-poros kilpos) Kvβ minK C N S1 S2 S3 S5 S6 P S4 + + + + išorė vidus Įtampa valdomi (Kv) 6TM/1P (viena-poros kilpa) Tetramerai (K_ACh) Oktamerai (KATF) C C N N K+ SUR2A TMD0 TMD1 TMD2 NH₃ C00H ATF ATF NBF-1 NBF-2 K ir3_.4 P Kir 3.1 P K ir3 .4 P Kir3 .1 P Pora

Vidinio išlyginimo (Kir)

M1 M2 C00H NH3 išorė vidus 2TM/1P (viena-poros kilpa) + SU R2 A SU R2 A SU R2_A SUR2 A Kir6.2 Kir6.2 Ki r6 .2 Kir 6.2 Pora išorė vidus Nuotėkio (K2P) M3 M4 M1 M2 NH3 C00H išorė vidus išorė vidus Nuotėkio (K2P) M3 M4 M1 M2 NH3 C00H Nuotėkio (K2P) M3 M4 M1 M2 NH3 C00H M3 M4 M1 M2 NH3 C00H 4TM (dvi-poros kilpos) Kvβ minK C N S1 S2 S3 S5 S6 P S4 + + + + išorė vidus Įtampa valdomi (Kv) 6TM/1P (viena-poros kilpa) Kvβ Kvβ minK C N S1 S2 S3 S5 S6 P S4 + + + + išorė vidus minK C N S1 S2 S3 S5 S6 P S4 + + + + C C N S1 S2 S3 S5 S6 P S4 + + + + + + išorė vidus išorė vidus Įtampa valdomi (Kv) 6TM/1P (viena-poros kilpa) Tetramerai (K_ACh) Oktamerai (KATF) C C N N K+ C C N N K+ SUR2A TMD0 TMD1 TMD2 NH₃ C00H ATF ATF NBF-1 NBF-2 SUR2A TMD0 TMD1 TMD2 NH₃ C00H ATF ATF NBF-1 NBF-2 K ir3_.4 P Kir 3.1 P K ir3 .4 P Kir3 .1 P Pora

Vidinio išlyginimo (Kir)

M1 M2 C00H NH3 išorė vidus 2TM/1P (viena-poros kilpa) + SU R2 A SU R2 A SU R2_A SUR2 A Kir6.2 Kir6.2 Ki r6 .2 Kir 6.2 Pora K ir3_.4 P Kir 3.1 P K ir3 .4 P Kir3 .1 P Pora

Vidinio išlyginimo (Kir)

M1 M2 C00H NH3 išorė vidus išorė vidus 2TM/1P (viena-poros kilpa) + SU R2 A SU R2 A SU R2_A SUR2 A Kir6.2 Kir6.2 Ki r6 .2 Kir 6.2 Pora Pora A C B

3.4 pav. Skirtingų rūšių K+ kanalų struktūra. A. Kanalo, kurio α subvienetą sudaro šeši membraną kertantys segmentai (S1-S6) ir viena poros kilpa, fragmentas. Sutrumpintai tokia struktūra žymima 6TM/1P. 6TM/1P tetrameras sudaro įtampa valdomus (Kv) kanalus. B. Tandeminės struktūros nuotėkio srovių kanalo (4TM/2P) fragmentas. 4TM/2P tetramerai sudaro TASK, TWIK, TREK, THIK kanalus C. Du membraną kertančius segmentus (M1, M2) ir vieną poros kilpą turinčių kanalų (2TM/P) fragmentas bei KATF kanalo reguliacinio SUR2A subvieneto (punktyrine linija apibrėžtame kvadrate) struktūra. 2TM/1P tetramerinę struktūrą turi ligandų valdomi vidinio išlyginimo K+ _{srovės kanalai (KACh, KATF). TMDO, TMD1 ir TMD2 – transmembraniniai domenai, NBF-1 ir NBF-2} – nukleotidus prijungiantys domenai. Rodyklių apačioje parodyta tetramerinė KACh ir oktamerinė KATF kanalų struktūra (α - pagrindinis subvienetas, P – kanalo pora) [modifikuota remiantis Michailova ir kt., 2005; Tamargo ir kt., 2004].

3.2. Įtampa valdomų K

jonų srovių kanalų struktūra ir funkcija

Trumpalaikės išeinančios K+ jonų srovės (Ito) kanalai

Prie K+ jonus per kardiomiocitų membraną praleidžiančių trumpalaikės išeinančios srovės kanalų priskiriami Ito1, kurie skirstomi į dvi grupes: Ito,f ir Ito,s [Xu ir kt., 1999]. Ito,f srovės kanalų

aktyvacija ir inaktyvacija yra greita ir inaktyvuotų Ito,f srovės kanalų aktyvumas atsinaujina greitai.

Ito,s srovės kanalų aktyvacija ir inaktyvacija, kaip ir Ito,f, yra greita, tačiau po inaktyvacijos jų

aktyvumas atsinaujina labai lėtai [Xu ir kt., 1999]. Nustatyta, kad žmogaus subendokardo miocitų Ito1 srovės kanalų aktyvumas atsinaujina lėčiau negu epikardo ląstelių [Yang ir Antzelevitch, 1996].

Tokie rezultatai patvirtina, kad Ito1 srovės kanalai yra dviejų rūšių ir kad jų raiška įvairiuose

miokardo sluoksniuose skiriasi [Brahmajothi ir kt., 1999].

Daugelio žinduolių Ito,f srovės kanalų α subvienetus sudaro Kv4.3 baltymai bei artima jų

izoforma Kv4.2 [Nerbonne, 2000]. Ito,s srovės kanalų pagrindinius subvienetus sudaro Kv1.4

baltymai [Nerbonne, 2000]. Pagrindiniai Ito1 srovės kanalų α subvienetai paprastai būna susijungę

su papildomais β subvienetais. Pagal žmogaus genomo struktūrą K+ _{kanalai žymimi KCN. Pagal šią}

nomenklatūrą α subvienetų baltymus Kv4.3, Kv4.2 ir Kv1.4 koduojantys genai atitinkamai žymimi KCND3, KCND2 ir KCNA4.

Ito1 srovė užtikrina pradinės greitos repoliarizacijos (1-ąją VP-o) fazę (3.2 pav.). Ji daro

poveikį vėlesnėms repoliarizaciją kontroliuojančioms srovėms, ypač L-tipo Ca2+ srovei ir uždelsto išlyginimo K+ srovėms (IKr). Pastebėta, kad pakitus Ito1 srovei, keičiasi ląstelių repoliarizacija ir

viduląstelio Ca2+ _{jonų koncentracija [Sah ir kt., 2003].}

Sergant širdies nepakankamumu, hipertrofija, išemija, miokardo infarktu, Ito1 srovė

dažniausiai sumažėja ir padidėja VP-ų trukmė: didėja repoliarizacijos ir sujaudinimo – susitraukimo ciklo trukmė bei tausojamas susilpnėjęs miokardo pajėgumas [Oudit ir kt., 2001]. Tačiau toks ilgalaikis VP-ų trukmės pailgėjimas dėl nehomogeniškos repoliarizacijos gali sukelti ir aritmijas arba ankstyvąsias podepoliarizacijas [Oudit ir kt., 2001]. Kai kada hipertrofijos metu ar po miokardo infarkto Ito1 srovė padidėja: toks apsauginis mechanizmas padeda neutralizuoti pernelyg

dėl kitų K+ srovių sumažėjimo ar L-tipo Ca2+ srovės padidėjimo praplatėjusius VP-us, gausų Ca2+ patekimą į ląstelę ir aritmijų atsiradimo tikimybę [Tamargo ir kt., 2004].

Uždelsto išlyginimo K+ jonų srovių (IKr) kanalai

IKur – labai greitos aktyvacijos uždelsto išlyginimo K+ jonų srovės kanalai. Ši labai greita

IKur komponentė nustatyta žmogaus prieširdžių kardiomiocituose [Nattel, 1999]. IKur srovės kanalai

yra homotetramerai, kuriuos sudaro Kv1.5 (KCNA5) rūšies α subvienetai, susijungę su papildomais Kvβ1.2 subvienetais [Martens ir kt., 1999]. IKur srovės kanalai greitai aktyvuojasi ir labai lėtai

inaktyvuojasi. Jie suaktyvėja VP-o plato fazės metu ir reguliuoja prieširdžių repoliarizaciją (3.2 pav.) [Nattel, 1999]. Pernelyg padidėjus IKur srovei ir sumažėjus VP-ų trukmei, sutrumpėja

refrakterinis periodas ir gali prasidėti prieširdžių virpėjimas. Tačiau kai kurių tyrimų metu nustatyta, kad esant lėtiniam žmogaus prieširdžių virpėjimui šių kanalų tankis sumažėja [Nattel, 2002;. Van Wagoner ir kt., 1997].

IKR – greitosios aktyvacijos uždelsto išlyginimo K+ jonų srovės kanalai yra žmogaus

prieširdžių ir skilvelių kardiomiocituose. Šios srovės K+ kanalai yra heterotetrameriniai kompleksai, kuriuos sudaro dviejų izoformų pagrindiniai HERG (KCNH2 koduojami HERG1a ir HERG1b) bei prie jų prisijungę papildomi MiRP arba minK subvienetai [Abbot ir kt., 1999]. Šie kanalai greitai aktyvuojasi ir greitai inaktyvuojasi. Jie reguliuoja VP-o ir refrakterinio periodo trukmę (3.2 pav.) [Tamargo ir kt., 2004]. Sumažėjus IKR srovei, didėja VP-ų trukmė, ilgėja QT intervalas ir gali

prasidėti skilvelių aritmijos [Zhang, 2003]. Tyrimų metu nustatyta, kad, praėjus ne daugiau kaip 48 val. po miokardo infarkto, IKr srovės kanalų tankis padidėja, o dar po ilgesnio laiko, sumažėja.

IKs – tai lėtos aktyvacijos uždelsto išlyginimo K+ jonų srovės kanalai, kurių yra žmogaus

prieširdžių bei skilvelių kardiomiocituose [Tamargo ir kt., 2004]. Jie yra heterotetrameriniai kompleksai, kuriuos sudaro 1-os ir 2-os izoformų pagrindiniai (α) KvLQT1 (KCNQ1) bei prie jų prisijungę papildomi minK (β) subvienetai [Snyders, 1999]. Dėl pagrindinius arba papildomus subvienetus koduojančių genų mutacijos pasireiškia įgimtas ilgo QT intervalo ar Jervell-Lange-Nielsen (kūdikiams būna ilgas QT intervalas ir kurtumas) sindromas [Splawski ir kt., 2000]. Sumažėjus širdyje IKs kanalų tankiui (po miokardo infarkto, širdies nepakankamumo metu), didėja

VP-ų trukmė, gali atsirasti ankstyvųjų podepoliarizacijų ir širdies ritmo sutrikimų [Li ir kt., 2002]. IK1 srovių K+ jonų kanalai

Šie K+ jonų srovių kanalai, pagrindinai reguliuoja ląstelių ramybės potencialą (3.2 pav.) [Tamargo ir kt., 2003]. Tyrimų su gyvūnais metu nustatyta, kad šių kanalų tankis didesnis skilvelių kardiomiocituose, tačiau skirtingų širdies sluoksnių ląstelėse jų tankis beveik vienodas [Schram ir kt., 2002]. Mažiausiai IK1 srovės kanalų yra peismeikerinėse sinusinio ir AV mazgų ląstelėse. Tai

yra tetrameriniai kompleksai, kuriuos sudaro Kir2.1 (KCNJ2) arba Kir2.2 (KCNJ12) rūšies α subvienetai [Snyders, 1999]. Depoliarizacijos metu šie kanalai būna užsidarę, o neigiamėjant membranos potencialui jie atsidaro. Taigi, IK1 srovės kanalai palaiko ramybės potencialą, be to jie

gali dalyvauti K+ jonų mainuose 3-osios veikimo potencialo fazės metu [Snyders, 1999; Tamargo ir kt., 2003]. Jei K+ srovė per šiuos kanalus sumažėja, kardiomiocitų membrana depoliarizuojama, padidėja VP-ų trukmė ir gali atsirasti ankstyvųjų arba vėlyvųjų podepoliarizacijų [Tomaselli ir Marban, 1999]. Mutavus Kir2.1 subvieneto baltymus koduojančiam genui, pasireiškia Anderseno sindromas - daugelį sistemų pažeidžianti liga, kurios metu būna veidinės kaukolės dalies apsigimimų, organizmo vystymosi sutrikimų, skeleto raumenų pažeidimų, periodinis paralyžius, gyvybei pavojingas QT intervalo pailgėjimas.

3.3. Ligandų valdomų vidinio išlyginimo K

jonų srovių kanalų struktūra ir

funkcija

KACh kanalai. Šie ligandų valdomi K+ jonų kanalai dalyvauja parasimpatiniame širdies

funkcijos reguliavime, normalaus veikimo potencialo formavime [Carmeliet, 1999]. Žemesniųjų stuburinių ir paukščių širdyje šių kanalų yra tiek prieširdžių, tiek skilvelių kardiomiocituose [Carmeliet, 1999]. Žinduolių miokarde daugiausia KACh kanalų yra prieširdžių ir sinusinio mazgo

ląstelėse [Snyders, 1999; Mark ir Herlitze, 2000], be to, jų aptinkama AV mazgo bei Purkinje skaidulų ląstelėse [Kurachi ir kt., 1992]. Nors kai kurie šaltiniai [Boyett ir kt., 1988; Koumi ir Wasserstrom, 1994; Ito ir kt., 1995; McMorn ir kt., 1993; Yang ir kt., 1996; Xie ir kt., 1997; Koumi ir kt., 1997] teigia, kad šių kanalų yra tam tikrų rūšių gyvūnų (šeško, žiurkės, šuns, katės, jūrų kiaulytės) bei žmogaus skilvelių kardiomiocituose, vis tik prieširdžiuose jų tankis beveik 6 kartus didesnis negu skilveliuose [Schram ir kt., 2002]. Skilvelių miokarde parasimpatinių skaidulų ir M2

muskarininių receptorių taip pat yra mažiau negu prieširdžiuose [Kent ir kt., 1994; Löffelholz ir Pappano, 1985; Deighton ir kt., 1990; Brodde ir kt., 1998]. Tikriausiai dėl šių priežasčių eksperimentų su skilvelių miokardu metu reikia beveik 4 kartus didesnės ACh-o koncentracijos pusei maksimalaus efekto sukelti [Koumi ir Wasserstrom, 1994].

KACh kanalai priskiriami prie Kir (angl. inward rectifier K+ channel) šeimos kanalų, kadangi

juos sudaro Kir rūšies baltymai. Šių kanalų aktyvumas priklauso nuo guanino nukleotidus galinčių prijungti (G) baltymų poveikio, todėl kai kuriuose literatūros šaltiniuose jie vadinami GIRK (angl. G protein-activated inward rectifier K+ channel) kanalais [Krapivinsky ir kt., 1995]. KACh sudaro

dviejų rūšių Kir subvienetai: Kir3.1 (sudarytas iš 501 amino rūgšties) ir Kir3.4 (sudarytas 419 amino rūgščių) [Corey ir kt., 1998]. Kiekvienas subvienetas turi N- (NH2-) bei C- (COOH-)

terminalę ir yra sudarytas iš dviejų (M1 ir M2) membraną perveriančių (transmembraninių) segmentų (3.4 C pav.), kurie yra spirale susisukusios amino rūgščių grandinėlės. Tarp dviejų segmentų yra į kanalo porą išsikiša kilpa, kurioje esanti tam tikra amino rūgščių seka užtikrina selektyvų kanalo pralaidumą K+ jonams [Carmeliet, 1999]. Sutrumpintai tokia kanalo struktūra žymima 2Tm/1P. Subvienetai Kir3.1 ir Kir3.4 jungiasi po du ir atsiranda heterotetramerinis (heteromultimerinis) KACh kanalas [Snyders, 1999]. Įprasta, normali K+ jonų srovė per KACh kanalus

būna tik tuo atveju, jeigu šie kanalai yra iš dviejų Kir3.1 ir dviejų Kir3.4 subvienetų sudaryti heterotetrameriniai kompleksai [Corey ir kt., 1998]. Tyrimų metu nustatyta, kad homomultimerinis Kir3.4 kanalas širdies ritmą klajoklio nervo ar adenozininių A1 receptorių dirginimo metu suretina

subvienetas daro didelę įtaką kanalų funkcijai ir struktūrai: jis reguliuoja Kir3.1 raišką [Wickman ir kt., 1998], kanalo baltymų agregaciją, heteromerinio kanalo lokalizaciją prieširdžių kardiomiocitų paviršiuje [Wickman ir kt., 1998; Kennedy ir kt., 1999], be to, jis yra būtinas Kir3.1 subvieneto struktūrų fosforilinimui [Medina ir kt., 2000; Bettahi ir kt.,2002]. Jeigu išsiplečia prieširdžiai ir išsitempia kardiomiocitų membrana, KACh kanalų funkcija susilpnėja, kadangi atsiranda Kir3.4

pokyčių [Ji ir kt., 1998]. Kir3.1 subvieneto reikia kanalo pralaidumui užtikrinti, nuo ATF-o priklausomai Kir3.1/3.4 heteromultimero moduliacijai reguliuoti [Bettahi ir kt.,2002]. Taigi, būtina pilnavertės KACh kanalo funkcijos sąlyga yra jo heterogeniškumas, kadangi homomerinis kurio nors

subvieneto junginys neužtikrina pakankamos K+ jonų srovės per KACh kanalus [Sui ir kt., 1996].

KACh kanalai atsidaro, kai iš parasimpatinių skaidulų išsiskyręs ACh-as arba eksperimentų

metu vartojamas preparatas karbacholas sąveikauja su M2 muskarininais receptoriais, pakeičia jų

konformaciją ir, tokiu būdu, suaktyvina iš trijų subvienetų (αβγ) sudarytą Gi baltymą, kurio

struktūrinės dalys (Giβγ dimerai) tiesiogiai jungiasi prie KACh kanalą sudarančių subvienetų N- ir C-

terminalių [Mark ir Herlitze, 2000; Bard ir kt., 2000; Roden ir kt., 2002; Tamargo ir kt., 2004] (3.5 pav.). β γ K+ α GTF α β γ GDP Agonistas GDF GTF Pi Pi K_AChkanalas GDF R α β γ R R Gi Gi Gi Gi β γ K+ K+ α GTF α β γ GDP Agonistas Agonistas GDF GTF Pi GTF Pi Pi Pi K_AChkanalas K_AChkanalas GDF R α β γ R R R R Gi Gi Gi Gi

3.5 pav. KACh kanalo aktyvumo reguliavimas Gi baltymu. Neaktyvus Gi baltymas yra α, β ir γ subvienetų heterotrimeras (Giαβγ ), prie kurio α subvieneto būna prisijungęs GDF. Aktyvikliu padirginus M2 receptorių (R), Gi baltymas suaktyvėja – prie α subvieneto buvusį GDF pakeičia GTF, baltymą sudarantys subvienetai atsidalija ir atsiranda Giα monomeras bei Giβγ dimeras. Giα-GTF gali daryti poveikį įvairiems ląstelės signalo perdavikliams ar kai kuriems kanalams, pavyzdžiui, KATF. KACh kanalus suaktyvina prie jo struktūrų prisijungęs Giβγ. Kadangi Giα pasižymi fermentui GTF-azei būdingu poveikiui, po kurio laiko prie jo prisitvirtinęs GTF hidrolizuojamas ir paverčiamas GDF. Giα-GDF gali susijungti su βγ, todėl atsiranda neaktyvus, į kitą impulsą galintis reaguoti Gi baltymas [modifikuota remiantis Lomax ir kt., 2003; Isomoto ir kt., 1997].

Ramybės būsenoje esantį Gi baltymą sudaro tarpusavyje susijungę visi trys (αβγ)

GTF ir Giα-GTF atsiskiria nuo Giβγ dimero. Signalo perdavimas per Gi baigiasi, kai prie Giα

esantis GTF hidrolizuojamas ir paverčiamas GDF [Neer, 1995; Mark ir Herlitze, 2000; Ackerman ir Clapham DE, 1997; Bard ir kt., 2000, Kovoor ir kt., 2001]. Tokiu atveju Giα-GDF gali susijungti su

βγ (3.5 pav.): Gi baltymas pasiruošia reaguoti į kitą muskarininių receptorių dirginimą. Toks Gi

baltymo kitimas rodo, kad KACh kanalus aktyvinančio poveikio trukmė priklauso nuo Giα [Mark ir

Herlitze, 2000; Dascal, 1997].

Bazinis KACh kanalų aktyvumas paprastai būna nedidelis. Kir3.1/3.4 struktūros kanalai yra

inertiški, jeigu nėra signalą perduodančio aktyvaus Gi baltymo [Bard ir kt., 2000]. Manoma, kad

normalios būsenos kanalo kompleksas yra fosforilintas, todėl kanalą lengvai suaktyvina po M2

muskarininių receptorių padirginimo atsiradęs Giβγ [Medina ir kt., 2000; Bettahi ir kt., 2002].

Tyrimų metu nustatyta, kad kanalus aktyvinantį Giβγ poveikį panaikina jų baltymus defosforilinanti

fosfoproteino fosfatazė (PP2A) [Medina ir kt., 2002]. KACh kanalo struktūrų fosforilinimui didelę

įtaką daro unikali, ilga Kir3.1 subvieneto C-terminalė, kuri yra kanalo baltymus defosforilinančių fosfatazių aktyvumo reguliatorius ir kanalų slopiklis. Kanalo aktyvumą slopinantį šios terminalės poveikį pašalina Kir3.1 subvieneto (ir/arba su kanalo aktyvumu susijusių papildomų baltymų) fosforilinimas [Medina ir kt., 2000], kuris būna patvarus tik tuo atveju, jei Kir3.1 būna kartu su Kir3.4 [Medina ir kt., 2000; Bettahi ir kt., 2002]. Kanalo struktūras gali fosforilinti β adrenoreceptorių stimuliacijos metu suaktyvėjusi PKA [Medina ir kt., 2000] bei fosfoinozitoliniai lipidai (PIP2) [Huang ir kt., 1998; Kim ir Bang, 1999; Medina ir kt., 2000], kurių kiekį ląstelės

membranoje padidina ATF-as. Kai kurie autoriai [Mark ir Herlitze, 2000] teigia, kad PIP2 jungiasi

prie arčiau kanalo esančios C- terminalės dalies ir kad Gβγ, tarsi, stabilizuoja PIP2 poveikį [Huang

ir kt., 1998].

1996 m. Sui ir bendraautoriai nustatė, kad be G baltymo KACh kanalus gali suaktyvinti ir kai

kurie citozolio komponentai (ATF-as, Mg2+, Na+ jonai). Mg2+ jonų reikia nuo ATF-o priklausomai fosfoinozitolinių lipidų (PIP2) gamybai [Mark ir Herlitze, 2000] bei ATF-o hidrolizei, kurios metu fosforilinami KACh kanalų baltymai bei kanalai modifikuojami taip, kad atvira jų būsena užtrunka

ilgiau [Sui ir kt., 1996]. ATF-u modifikuoti KACh kanalai reaguoja į ląstelės viduje esančius Na+

jonus ir atsidaro dažniau. Tiek fiziologinėmis, tiek patologinėmis sąlygomis ląstelės viduje padidėjus Na+ jonų koncentracijai suaktyvėja KACh kanalai ir pakinta kardiomiocitų membranų

dirglumas (jaudrumas). Dėl tokio šių kanalų suaktyvėjimo gali trikti širdies ritmas nuo širdį veikiančių glikozidų, kurie blokuoja Na+/K+ siurblį ir kardiomiocituose padidina Na+ koncentraciją. Nustatyta, kad Na+ jonai KACh kanalus suaktyvina prisijungdami prie Kir3.4 subvieneto

C-terminalėje esančio ir neigiamą krūvį turinčio aspartato bei sudarydami sąlygas PIP2 stipriau prisitvirtinti prie netoliese esančių ir teigiamai užkrautų arginio liekanų [Chan ir kt., 1997;

Logothetis ir Zhang, 1999; Ho ir Murrell-Lagnado, 1999]. Taigi, prie skirtingų kanalo vietų prisijungę Gβγ, PIP2, Na+ _{veikia sinergiškai, t.y. stiprina vienas kito kanalą atidarantį poveikį.}

[Mark ir Herlitze, 2000].

Kai kurių eksperimentinių tyrimų metu nustatyta, kad KACh kanalai gali suaktyvėti net ir tuo

atveju, jei nėra M2 muskarininių receptorių agonistų, Mg2+ jonų bei GTF-o. Šių tyrimų autoriai

[Otero ir kt., 1998] teigia, kad jeigu prie Giα ilgai nebūna prisijungusio nukleotido (tuščia Giα

būklė), Giα(tuščias)βγ heterotrimeras tampa nestabiliu ir savaime suyra, todėl atsidalija KACh kanalus

galintis suaktyvinti Giβγ dimeras.

KACh kanalai yra svarbūs parasimpatiniai širdies funkcijos reguliatoriai. Iš klajoklio nervo

skaidulų išsiskyręs ACh-as stimuliuoja laidžiosios sistemos peismeikerinių ląstelių M2

muskarininius receptorius ir, padidinęs K+ jonų srovę iš ląstelės per suaktyvintus KACh kanalus,

hiperpoliarizuoja kardiomiocitų membranas [Krapivinsky ir kt., 1995; Mark ir Herlitze, 2000; Kovoor ir kt., 2001]. Hiperpoliarizuotų peismeikerinių ląstelių membranoms depoliarizuoti tiek, kad atsirastų miokardo susitraukimu pasibaigiantis VP, reikia daugiau laiko. Taigi, VP-ai atsiranda ir miokardas susitraukia rečiau [Bard ir kt., 2000; Mark ir Herlitze, 2000]. Kitaip tariant, dėl ACh-o poveikio padidėjus K+ _{jonų srautui per K}

ACh kanalus, didėja sinusinio mazgo ląstelių diastolinės

depoliarizacijos trukmė, mažėja jų peismeikerinis aktyvumas, impulsas iš sinusinio mazgo į AV mazgą sklinda lėčiau [Ackerman ir Clapham, 1997; Snyders, 1999; Carmeliet ir Mubagwa, 1998]. Įvairių patologinių būklių metu pernelyg padidėjus klajoklio nervo tonusui ir parasimpatinei impulsacijai į širdį bei muskarininių receptorių aktyvacijai, padidėja KACh kanalų aktyvumas ir K+

jonų srautas per juos, todėl sumažėja galutinės repoliarizacijos (3-osios) fazės bei VP-ų trukmė ir prasideda tachiaritmijos, pavyzdžiui, prieširdžių virpėjimas.

Parasimpatinės širdies funkcijos reguliacijos metu ACh-u sudirginus M2 muskarininius

receptorius ne tik suretinamas širdies ritmas, bet ir sumažinama miokardo susitraukimo jėga (neigiamas inotropinis poveikis) [Mark ir Herlitze, 2000]. Daugelį metų buvo tiriamas neigiamo inotropinio poveikio mechanizmas. Nustatyta, kad skirtingų širdies struktūrų bei įvairaus amžiaus individų kardiomiocituose jis skiriasi.

Padirginus M2 muskarininius receptorius prieširdžių bei sinusinio mazgo ląstelėse ir į jas

panašiose mažesnės brandos ląstelėse (ankstyvos vystymosi stadijos kamieninėse ląstelėse, naujagimių skilvelių kardiomiocituose), per NO/cGMF kaskadą (3.6 pav.) slopinamas bazinis Ca2+ kanalų aktyvumas: Giα stimuliuoja NOS3 ir padidina NO kiekį, todėl suaktyvėja tGC ir padaugėja

cGMF, kuris didina cAMF-ą skaidančios FDE2 aktyvumą [Vandecasteele ir kt., 2001].

Dėl šios priežasties sumažėja nuo cAMF-o koncentracijos priklausomos PKA aktyvumas ir Ca2+ kanalų baltymų fosforilinimas bei Ca2+ jonų patekimas į ląstelę [Ji ir kt., 1999; Harvey ir

Belevych, 2003]. Reikia pažymėti, kad prieširdžių ir sinusinio mazgo kardiomiocitų M2

muskarininių receptorių stimuliacija, skirtingai negu skilvelių ląstelėse, keičia cAMF-o reguliuojamą kitų kanalų atsaką net ir tuo atveju, jeigu nėra šio nukleotido gamybą skatinančių veiksnių [Vandecasteele ir kt., 1998]. α_i α_i α_s KM Ca2+ tGC GTF cGMF FDE2 5’-AMF cAMF PKA ATF aktyvinimas slopinimas L-argininas α_i α_i α_s KM Ca2+ tGC GTF cGMF FDE2 5’-AMF cAMF cAMF PKA ATF aktyvinimas slopinimas L-argininas

3.6 pav. cAMF-u reguliuojamų kanalų aktyvumo slopinimas M2 muskarininių receptorių

stimuliacijos sąlygomis. Suaktyvintų M2 muskarininių receptorių sąlygomis atsiradęs Giα gali mažinti cAMF-u reguliuojamų kanalų aktyvumą, slopindamas AC5 ir AC6 (mažėja cAMF-o sintezė) arba didindamas NO sintezę ir FDE2 aktyvumą (didėja cAMF-o skaidymas). cAMF-o gamybą β1 adrenoreceptorių stimuliacijos metu padidina Gs baltymas, didinantis AC5 ir AC6 aktyvumą. AC5, AC6 – 5-osios ir 6-osios izoformų adenilatciklazė; KM – kalmodulinas; NOS3 – 3-ojo tipo azoto oksido sintazė; tGC – tirpioji guanilatciklazė; FDE2 – 2-ojo tipo fosfodiesterazė; PKA – baltymų kinazė A. [modifikuota remiantis Harvey ir kt., 2003].

Skilvelių kardiomiocituose, kaip ir į juos fenotipiškai labai panašiose vėlesnės brandos ląstelėse, M2 muskarininių receptorių stimuliacija bazinio Ca2+ kanalų aktyvumo paprastai nekeičia

[Harvey ir Belevych, 2003]. Muskarininis Ca2+ kanalų slopinimas šiose ląstelėse pasireiškia tik tuo atveju, jei cAMF-o sintezė yra didesnė už bazinę, t.y., β adrenoreceptorių stimuliacijos metu. Tokiu atveju Giα slopina AC5 ir AC6 aktyvumą ir sumažina cAMF gamybą bei Ca2+ kanalų baltymus

fosforilinančios PKA aktyvumą (3.6 pav.) [Harvey ir Belevych, 2003].

KATF kanalai. Šie ligandų valdomi, pasirinktinai K+ jonus praleidžiantys vidinio išlyginimo

srovės kanalai sujungia miokardo metabolizmą su elektrofiziologine veikla [Roden ir kt., 2002; Baukrowitz ir Fakler, 2000; Light ir kt., 2000; Snyders, 1999; Oe kt., 1999; Isomoto ir Kurachi, 1997]. Suaktyvėję KATF kanalai dalyvauja miokardo apsaugoje nuo išemijos ir hipoksijos metu

atsirandančių pažeidimų. Daugiausia KATF kanalų yra įvairių rūšių gyvūnų ir žmogaus skilvelių

kardiomiocituose, šiek tiek mažiau – prieširdžių bei laidžiosios sistemos mazgų ląstelėse [Carmeliet, 1999; Babenko ir kt., 1992]. Šių kanalų kiekis įvairiuose širdies sluoksniuose skiriasi: daugiau jų yra skilvelių epikardo ląstelėse [Tamargo ir kt., 2004]. Manoma, kad vienoje skilvelio ląstelėje gali būti maždaug 2000 – 3000 KATF kanalų [Terzic ir kt., 1994]. Dėl didelio tankio ir

pralaidumo, labai nedaug atvirų KATF kanalų (<1%) gali pakeisti VP-ų trukmę [Terzic ir kt., 1994].

Šių kanalų yra ne tik širdyje, bet ir skeleto bei lygiųjų raumenų, kasos β ląstelėse, neuronuose [Takano ir Noma, 1993]. KATF kanalai organizme reguliuoja apetitą [Ashford ir kt., 1990], kai kurių

hormonų, pavyzdžiui, insulino, augimo hormono, sekreciją [Ashcroft ir Ashcroft, 1990], skeleto raumenų jaudrumą [Davies ir kt., 1991], nervinio impulso perdaviklių išsiskyrimą [Amoroso ir kt., 1990], oocitų brendimą [Wibrand ir kt., 1992], kalio jonų reabsorbciją inkstų kanalėlių epitelio ląstelėse [Tsuchiya ir kt., 1992], kraujagyslių spindį [Nielson, 1993] ir kt.

Miokardo ląstelių KATF kanalai, kaip ir KACh kanalai, priskiriami Kir šeimos kanalams. Tai

yra heterooktamerai, kurių šerdį sudaro keturi vidinio išlyginimo srovės Kir6.2 rūšies α subvienetai bei jų išorėje esantys keturi reguliaciniai SUR2A subvienetai (angl. sulfonylurea receptor) (3.4 C pav.) [Tamargo ir kt., 2004; Seino ir Miki, 2003; Baukrowitz ir Fakler, 2000; Light ir kt., 2000]. Tiek Kir6.2, tiek SUR2A subvienetas turi N- (NH2-) ir C- (COOH-) terminales. Kiekvienas SUR2A

subvienetą sudaro trys membraną perveriantys domenai (TMD0, TMD1 ir TMD2) ir du nukleotidus prijungiantys domenai (NBF-1 ir NBF-2). NBF-1 yra kilpoje tarp TMD1 ir TMD2, NBF-2 – SUR2A subvieneto C-terminalėje [Tamargo ir kt., 2004; Seino ir Miki, 2003].

KATF kanalų jautrumą sulfonilkarbamidiniams junginiams ir šių kanalų atidarinėtojams

apsprendžia SUR subvieneto rūšis. SUR1, kuris yra kasos β ląstelių KATF kanalų struktūroje,

giminingumas sulfonilkarbamidams glibenklamidui ar gliburidui yra labai aukštas, o miokardo ląstelių KATF kanalų subvieneto SUR2A – 500 kartų mažesnis. Tuo tarpu šių kanalų atidarinėtojai

(diazoksidas, pinacidilas) rišasi su SUR1 silpniau negu su SUR2A subvienetu [Dorschner ir kt., 1999].

SUR2A subvienetas gali ne tik prijungti nukleotidus, bet ir reguliuoti kalio jonų pralaidumą per Kir6.2 subvienetų sudaromą šerdį tuo atveju, kai vyksta ATF hidrolizė ar veikia Mg-ADF kompleksas, sulfonilkarbamidai, K+ kanalų atidarinėtojai [Tamargo ir kt., 2004; Seino ir Miki, 2003; Baukrowitz ir Fakler, 2000]. Be to, SUR2A subvienetai koreguoja Kir6.2 subvienetų raiškai ląstelės paviršiuje [Baukrowitz ir Fakler, 2000]. Kir6.2 subvieneto struktūrų fosforilinimas, veikiant, pavyzdžiui PKC, ar inozitolinių fosfolipidų (PIP2) prisijungimas prie Kir6.2 subvieneto

C-terminalės, užtikrina KATF kanalo atsidarymą [Baukrowitz ir Fakler, 2000]. Taigi, pilnavertę KATF

Fiziologinėmis sąlygomis, kai ATFi kiekis yra pakankamas, kardiomiocitų membranoje

esantys KATF būna užsidarę [Isomoto ir kt., 1997; Gögelein ir kt., 1999; Poitry ir kt., 2003; Englert

ir kt., 2003; Tamargo ir kt., 2004; ]. Hipoksijos arba išemijos metu sumažėjus ATFi koncentracijai

(<1 mM), KATF kanalai atsidaro (3.7 pav.), todėl padidėja K+ srautas iš ląstelės, sumažėja VP-ų

trukmė, mažiau Ca2+ jonų per L-tipo kanalus patenka į kardiomiocitus ir susilpnėja miokardo susitraukimo jėga. Taigi, KATF kanalų suaktyvėjimas apsaugo išeminį miokardą nuo ATFi

išeikvojimo, žalingos Ca2+ perkrovos bei kontraktūrinių ląstelės pažeidimų, [Grover ir Garlid, 2000; Gögelein, 2001; Poitry ir kt., 2003].

Išemijos metu pernelyg suaktyvėjus KATF kanalams ir padidėjus K+ jonų srautui per juos bei

sumažėjus VP-ų trukmei gali pasireikšti reentry tipo aritmijos, pavyzdžiui, virpėjimas ar plazdėjimas.

KATF kanalus gali suaktyvinti Mg⋅ATF sukeliamos reakcijos (ATF hidrolizė, kanalo

struktūrų fosforilinimas) ir nukleotidų difosfatai, pavyzdžiui, ADF [Tamargo ir kt., 2004; Yellen, 2002] (3.7 pav.), todėl paprastai kanalų aktyvumas priklauso nuo ląstelės viduje esančio ATF/ADF santykio [Oe ir kt., 1999]. Agonistas Receptorius Vartai A _P NDF G Ląstelės vidus Ląstelės išorė K_ATFkanalas Agonistas Receptorius Agonistas

Receptorius VartaiVartai

A A _PP NDF G G G Ląstelės vidus Ląstelės išorė K_ATFkanalas

3.7 pav. KATF kanalų aktyvacijos schema. KATF kanalų aktyvumą reguliuoja kanalų vartams signalus perduodanti struktūra, kurioje yra viduląstelinį adenozintrifosfatą (A) ir nukleotido difosfatą (NDF) prijungiantys receptoriai bei fosforilinimo vieta (P). Prie A receptoriaus prisijungęs ATF-as siunčia slopinantį signalą kanalo vartams (KATF būna užsidaręs). KATF kanalai suaktyvėja, jeigu signalą perduodanti struktūra fosforilinama arba jei prie NDF receptoriaus prisijungia nukleotido difosfatas. Jei kanalo vartams signalą perduodanti struktūra yra fosforilinta, NDF gali alosteriniu būdu veikti A ir blokuoti vartams siunčiamą slopinantį ATF-o signalą. Išemijos arba hipoksijos sąlygomis sumažėjus kardiomiocituose ATFi, KATF kanalai gali atsidaryti dėl M2 receptorių stimuliacijos metu suaktyvėjusio Giα-GTF poveikio, ar dėl β adrenoreceptorių stimuliacijos metu per Gs baltymą suaktyvėjusių PKA ir PKC [modifikuota remiantis Lomax ir kt., 2003; Isomoto ir kt., 1997].

Iš 3.7 pav. pateiktos schemos matyti, kad KATF kanalus gali suaktyvinti ir G baltymas. Nors

fiziologinėmis sąlygomis šis mechanizmas įtakos minėtų kanalų aktyvumui beveik nedaro, tačiau išemijos metu jis gali būti gana reikšmingas miokardą saugantis veiksnys [Isomoto ir Kurachi, 1997]. Stimuliuojant M2 muskarininius (acetilholino) arba A1 adenozininius receptorius, suaktyvėja

Gi baltymas, kurio βγ dimeras aktyvina KACh kanalus, o GTF-ą prijungęs Giα gali aktyvuoti KATF

1997; Findlay, 1994;Yao ir Gross, 1994]. β adrenoreceptorių stimuliacijos metu suaktyvėjęs Gs

baltymas KATF kanalus gali atidaryti, veikdamas juos netiesiogiai, t.y. per kanalo struktūras

fosforilinančią PKC ir PKA [Tamargo ir kt., 2004; Sanchez ir kt., 1998; Isomoto ir Kurachi, 1997; Findaly, 1994]. Pastaroji, be kita ko, dar eikvoja ATFi.

KATF kanalų aktyvumas gali priklausyti ir nuo kardiomiocitų membranoje esančių

inozitolinių fosfolipidų (PIP2) koncentracijos. Prisijungę prie Kir6.2 subvieneto C-terminalės šie

fosfolipidai mažina kanalų jautrumą slopinančiam ATF-o poveikiui ir juos suaktyvina [Nerbonne ir Kass, 2005; Baukrowitz ir Fakler, 2000; Tamargo ir kt., 2004; Fujita ir Kurachi, 2000; Fan ir Makielski, 1997]. Padidėjus fosfolipazės C, skaldančios PIP2, aktyvumui, KATF kanalai užsidaro.

Išemijos metu padidėjus NO ir bradikinino išsiskyrimui, KATF kanalai gali suaktyvėti ir dėl

jų fosforilinimo per NO-cGMF-PKG kaskadą. Tokią aktyvaciją pašalina kanalo baltymus defosforilinanti PP2A [Tamargo ir kt., 2004; Han ir kt., 2002].

3.4. K

jonų srovių kanalai ir aritmijos

Tachikardija ir tachiaritmijos yra gana dažnai pasireiškiantys, o kartais netgi mirtį sukeliantis širdies ritmo sutrikimai. Yra žinoma, kad elektrofiziologinius miokardo pokyčius sukelianti ilgalaikė prieširdžių tachikardija gali būti prieširdžių virpėjimo priežastimi [Shien ir kt., 2000].

Širdies tachiaritmijos paprastai pasireiškia, jei sutrinka kardiomiocitų jaudrumas (dirglumas) ir refrakteriškumas bei miokardą sužadinančio impulso laidumas. Tokie pokyčiai gali būti pakitus K+ jonų kanalų, pavyzdžiui KACh ir KATF, aktyvumui bei su tuo susijusiam VP-ų trukmės

sumažėjimui.

Tachiaritmijas dažniausiai sukelia trijų rūšių mechanizmai: padidėjęs ar sutrikęs automatizmas, reentry ir trigerinis aktyvumas.

Normaliomis sąlygomis KACh kanalai reguliuoja parasimpatinę širdies funkciją, tačiau

pernelyg padidėjus klajoklio nervo tonusui ir parasimpatinei impulsacijai į širdį, per ACh - M2

receptorių – Gi baltymo kaskadą suaktyvinami KACh kanalai ir padidėja K+ jonų srautas per juos.

Dėl šios priežasties pagreitėja repoliarizacija, sumažėja refrakterinio periodo trukmė [Mori ir kt., 1995; Shi ir kt., 2004; Shi ir kt., 1999; Bosch ir kt., 1999; Kovoor ir kt., 2001], sutrumpėja peismeikerinių ląstelių spontaninė diastolinė depoliarizacija (4-oji fazė), t.y. padidėja automatizmas. Pagreitėjus repoliarizacijai sumažėja VP-ų trukmė, jie generuojami dažniau, todėl padažnėja ir miokardo susitraukimai. Dėl dažniau generuojamų VP-ų kardiomiocitų citoplazmoje padaugėja Na+

ir Ca2+ jonų, todėl prie VP-ų trukmės mažinimo gali prisidėti ir suaktyvėję IK.Ca, Ito2, IK.Na srovių

kanalai [Katz, 2001; Li ir kt., 1999].

Tachiaritmijas gali sukelti suaktyvėję ir KATF kanalai, kurie normoksijos sąlygomis

miokarde būna uždari [Gögelein ir kt., 1999; Gögelein ir kt., 1998; Poitry ir kt., 2002; Light ir kt., 1999]. Išemijos ar hipoksijos metu, sumažėjus ATFi, šie kanalai suaktyvėja ir padidėja per juos iš

ląstelės išeinančių K+ jonų srautas, todėl sumažėja VP-ų trukmė [Fujita ir Kurachi, 2000], padidėja miokardo automatizmas [Wirth ir kt., 1999]. Dėl suaktyvėjusių KATF kanalų ląstelės išorėje

padidėjus K+ jonų koncentracijai sumažėja kardiomiocitų RP-as ir jų membrana dalinai depoliarizuojama [Wirth ir kt., 1999; Billman ir kt., 1998; Gögelein ir kt., 1998], o tai sąlygoja impulso laidumo sulėtėjimą [Tamargo ir kt., 2004; Sanguinetti ir Salata, 1996].

Sulėtėjęs laidumas ir vienkryptė blokada yra vienos pagrindinių priežasčių, dėl kurių pasireiškia reentry tipo aritmijos, pavyzdžiui, plazdėjimas ir virpėjimas. Reentry metu ritmas sutrinka dėl ratu aplink santykinai nejaudrią (nedirglią) miokardo sritį plintančio impulso [Keating ir Sanguinetti, 2001], kuris sukelia kelis atsakus. Plazdėjimas prasideda, jei ratu apie širdies kamerą (-as) juda viena depoliarizacijos banga, o virpėjimas jei miokardo sienelėje yra daugybė reentry žiedų.

Dažna reentry aritmijas sukelianti priežastis yra nehomogeniškas RP-as ir nehomogeniškas VP-as (nehomogeniška depoliarizacija, repoliarizacija ir refrakterija) [Weyermann ir kt., 2004; Gögelein ir kt., 1999; Baiardi ir kt., 2002; Pogwizd ir Bers, 2004]. Toks potencialų heterogeniškumas gali pasireikšti netolygiai miokarde suaktyvėjus KACh ir KATF kanalams [Dobrev

ir kt., 2001; Kovoor ir kt., 2001; Russ ir kt., 2001; Tamargo ir kt., 2004; Anyukhovsky ir Rosenshtraukh, 1999; Liu ir Nattel, 1997; Di Diego ir Antzelevitch, 1993]. Suaktyvėjusius kanalus turinčių kardiomiocitų RP-as būna mažesnis, kadangi jie greičiau negu paprastai netenka K+ jonų [Wirth ir kt., 1999; Billman ir kt., 1998; Gögelein ir kt., 1998]. Taigi, tokios ląstelės net ir nesužadintos būklės būna dalinai depoliarizuotos [Russ ir kt., 2001], o tai reiškia, kad jų Na+ ir Ca2+ jonų kanalai inaktyvuoti. Jeigu šiuos kardiomicitus paveikia gana stiprus sužadinantis impulsas, juose generuojami mažesnės amplitudės su lėtesne kylančiąją dalimi VP-ai, negu normaliame miokarde. Dėl tokių pokyčių VP-as miokarde tampa nehomogenišku. Taigi, dėl skirtingose miokardo vietose nevienodai atsinaujinančio Na+ ir Ca2+ jonų kanalų aktyvumo (skirtingos reaktyvacijos), repoliarizacija ir refrakterija pasidaro nehomeogeniškos (repoliarizacijos ir refrakterijos dispersija), be to, jos skatina ir nehomogeniškos depoliarizacijos ir nehomogeniško VP-o atsiradimą. Šie pokyčiai lėtina laidumą ir gali sukelti vienkryptę impulso blokadą.

Be paminėtų pokyčių, nehomogeniško RP-o metu tarp depoliarizuoto ir normalaus miokardo, panašiai kaip ir nehomogeniškos repoliarizacijos metu tarp nejaudraus (nedirglaus) refrakteriško ir jaudrumą atnaujinusio miokardo, gali būti generuojamos elektrotoninės srovės,

gebančios suaktyvinti aplinkui esantį normalų miokardą ir sukelti priešlaikines sistoles ir (arba) tachikardiją.

Reentry tipo aritmijas gali pašalinti VP-ų trukmę didinantys preparatai, pavyzdžiui K+

kanalų blokatoriai (III-os klasės antiaritmikai) [Mori ir kt., 1995].

Kardiomiocitų K+_{jonų srovių slopinimas}

Vidutiniškai padidėjusi VP–ų trukmė ir pailgėjęs QT intervalas

Sumažėjusi skilvelių miokardo refrakteriškumo dispersija

Sumažėjusi skilvelių virpėjimo atsiradimo galimybė

Perdaug padidėjusi VP–ų trukmė ir pailgėjęs QT intervalas

Ankstyvųjų podepoliarizacijų atsiradimas keliose skilvelių miokardo vietose

Torsades de pointes aritmija

Skilvelių virpėjimas Kardiomiocitų K+_{jonų srovių slopinimas}

Vidutiniškai padidėjusi VP–ų trukmė ir pailgėjęs QT intervalas

Sumažėjusi skilvelių miokardo refrakteriškumo dispersija

Sumažėjusi skilvelių virpėjimo atsiradimo galimybė

Perdaug padidėjusi VP–ų trukmė ir pailgėjęs QT intervalas

Ankstyvųjų podepoliarizacijų atsiradimas keliose skilvelių miokardo vietose

Torsades de pointes aritmija

Skilvelių virpėjimas

3.8 pav. III-os klasės antiaritmikų gydomasis ir nepageidaujamas poveikis, priklausantis nuo VP-ų trukmės padidėjimo [modifikuota remiantis Evans ir kt., 1996].

Pernelyg daug VP-ų trukmę bei QT intervalą elektrokardiogramoje padidinę šie medikamentai gali aritmijas ne tik šalinti, bet ir jas sukelti (3.8 pav.).

Pailgėjus VP-ams, daugiau Ca2+ jonų per L-tipo kanalus patenka į kardiomiocitus ir jie persipildo Ca2+, todėl gali pasireikšti ankstyvosios ir vėlyvosios podepoliarizacijos (3.9 pav.). Mažos ikislenkstinio dydžio podepoliarizacijos sukelia tik membraninio potencialo virpčiojimus, tačiau dėl didelių slenkstinį lygį pasiekiančių podepoliarizacijų generuojamas miokardu sklindantis veikimo potencialas (3.9 pav.), kuris sukelia trigerinį atsaką. Dėl ankstyvųjų podepoliarizacijų atsiradęs trigerinis miokardo aktyvumas gali būti į skilvelių virpėjimą pereinančios polimorfinės skilvelių tachikardijos torsades de pointes priežastimi [Tamargo ir kt., 2004; Pogwizd ir Bers, 2004; Wirth ir kt., 1999]. Kardiomiocitams persipildžius Ca2+, podepoliarizacijos atsiranda dėl Ca2+ jonų koncentracijos citoplazmoje svyravimų, kurie būna suaktyvėjus Na/Ca mainų sistemai bei padidėjus šių jonų išsiskyrimui iš sarkoplazminio tinklo. Panašūs pokyčiai pasireiškia ilgą įgimtą QT intervalą turintiems žmonėms, kai kurių K+ kanalų blokatorių, pavyzdžiui, sotalolo ar dofetilido [Hancox ir

kt., 2000; Waldo ir kt., 1996; Kovoor ir kt., 2001; Kuhlkamp ir kt., 1997; Torp-Pederson ir kt, 1999], vartojantiems pacientams bei tiems širdies funkcijos nepakankamumu sergantiems ligoniams, kurie gydosi miokardo susitraukimo jėgą didinančiais vaistais.

1 2 -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) A 3 _{4 5} 1 2 -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) B 3 4 5 1 2 -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) A 1 2 -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) A -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) A 33 _{44 55} 1 2 -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) B 1 2 -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) B -90 0 M em br ani ni s p ot en ci al as ( m V ) B 3 4 5 3 4 5

3.9 pav. Podepoliarizacijos. A: maža ikislenkstinio dydžio ankstyvoji podepoliarizacija (1) ir didelė, slenkstinį lygį pasiekianti ankstyvoji podepoliarizacija, kuri sukelia vieną (2) ar kelis (3-5) trigerinius atsakus.

B: Ikislenkstinio dydžio vėlyvoji podepoliarizacija (1) ir slenkstį pasiekianti vėlyvoji podepoliarizacija, kuri sukelia vieną (2) ar kelis (3-5) trigerinius atsakus [modifikuota, remiantis Pogwizd ir Bers, 2004; Katz,.2001].

3.5. Antiaritmikų savybės ir poveikis širdies ritmui

Daugelį metų tokioms reentry tipo aritmijoms kaip virpėjimas ir plazdėjimas šalinti vartojami VP-ų ir refrakterinio periodo trukmę didinantys vaistai. Šį poveikį sukelia greitą Na+ jonų srovę į ląstelę slopinantys I-os klasės ir iš ląstelės išeinančias K+ jonų sroves blokuojantys III-os klasės antiaritminiai preparatai [Garnt, 1998; Jalil ir kt., 1997; Kim ir Benowitz, 1990; Ridley ir kt., 2003; Varo ir kt., 2004]. Daugelis I-os klasės antiaritmikų, pavyzdžiui, prokainamidas, chinidinas, dizopiramidas, cibenzolinas, pasižymi ir K+ _{jonų kanalus blokuojančiomis savybėmis.}

Eksperimentinių tyrimų metu nustatyta, kad šie preparatai pasižymi anticholinerginėmis savybėmis ir prieširdžių ląstelėse slopina karbacholu suaktyvintą K+ jonų srovę per KACh kanalus [Nakajami ir

kt., 1989; Boucher ir kt., 1998]. Manoma, kad šios grupės preparatų anticholinerginio poveikio mechanizmas skiriasi: chinidinas blokuoja prieširdžių KACh kanalus, o dizopiramidas bei didelėmis