Sıçan kardiyak miyositlerinde kasılmanın ve iyonik akımların sodyum metabisülfit tarafından modülasyonu

Modulation of contraction and ionic currents by sodium metabisulfite in rat cardiac myocytes

Özet

Amaç: Sülfür dioksit (SO2) ve bileşikleri özellikle gelişmekte olan ülkelerde solunum ve beslenme yoluyla vücuda giren önemli toksik ajanlardır. SO2 bileşiği olan sodyum metabisülfit (SMB; Na2S2O5)’in gıda, içecek ve ilaçlarda yaygın şekilde koruyucu madde olarak kullanılması nedeniyle belirlenen günlük güvenli dozun üzerinde tüketildiği ve zararlı etkilere yol açtığı bildirilmiştir. Ancak SMB’nin uzun süreli tüketiminin kalbin fonksiyonu üzerine olan etkisi bilinmezliğini korumaktadır. Çalışmamızda, kronik SMB uygulamasının kardiyomiyositlerde kasılma ve iyonik akımlar üzerine etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Hücre izolasyonu Langendorff sistemi aracığıyla gerçekleştirilmiştir. Kanüle edilmiş kalplerdeki kanın tamamının uzaklaştırılabilmesi için 3-5 dakika Ca-free solüsyonu ile perfüzyon yapıldıktan sonra dakika kollejenaz (0,7 mg/ml) ve proteaz (0,06 mg/ml) karışımı içeren Ca-free solüsyonu ile perfüzyona devam edilmiştir. Tüm kayıtlar, sıçan kalbinin taze izole edilmiş sol ventriküler miyositlerinden alınmıştır. Kardiyomiyositlerin kasılma ve gevşeme kinetiği, alan uyarımı altında sarkomer uzunluğundaki değişiklik kaydedilerek değerlendirilmiştir. Aksiyon potansiyeli voltaj clamp tekniği ile kaydedilmiştir. Bulgular: SMB uygulaması kasılma genliğinde azalmaya sebep olurken, AP’nin repolarizasyon fazlarında uzamaya ve genliğinde azalmaya neden olmuştur ancak kasılma kinetikleri üzerinde değişiklik gözlenmemiştir. Bununla birlikte, dinlenim membran potansiyelinin daha pozitif değerlere kaydığı gözlenmiştir. Kronik SMB uygulaması miyositlerde transient outward potasyum akımlarının baskılanmasına sebep olurken kuyruk akımlarını ve inward rectifier potasyum akımlarını etkilememiştir. Ek olarak SMB, ICaL’nin yoğunluğunda değişikliğe sebep olmamıştır ancak aktivasyon eğrisini daha pozitif potansiyellere kaydırmıştır. Sonuç: Çalışmamızda, elde edilen sonuçlara göre ve günlük tüketiminin toksik dozlara ulaşabileceği göz önünde bulundurulduğunda, SMB’nin kalpte voltaja duyarlı iyonik akımları modüle ederek kardiyak fonksiyonlarda anormal değişikliklere sebep olabileceği gösterilmiştir. SMB ile indüklenen negatif inotropik etkinin moleküler mekanizmaları, SMB ile ilişkili kardiyovasküler hastalıkların patogenezine katkıda bulunabilir.

Abstract

Objective: Sulfur dioxide (SO2) and derivatives are major toxic agents that enters the body by inhalation and nutrition especially in developing countries. Sodium metabisulphite (SMB; Na2S2O5), which is a SO2 derivative, is a widely used preservative in food, beverages and medicines, has been reported to exert toxic effects when it is consumed above the daily safe dose. However, the effect of long-term consumption of SMB on heart function remains unknown. In our study, we aimed to determine the effects of chronic SMB administration on cardiomyocyte contraction and ionic currents. Methods: For this purpose, 3-month-old male rats were used and divided into two groups: control (KON) and SMB. SMB (100 mg / kg / day) was administered for 6 weeks by gavage. Cell isolation was performed by Langendorff apparatus. Cannulated hearts were perfused for 3–5 min to remove the remaining blood with Ca2+ free solution and this was followed by perfusion with the Tyrode’s solution containing 0,7 mg/ml collagenase and 0,06 mg/ml protease for 20–25 min. All recordings were taken from freshly isolated left ventricular myocytes of a rat heart. The contraction and relaxation kinetics of cardiomyocytes were evaluated by recording the change in sarcomere length under field stimulation. Myocyte shortening, action potential (AP), potassium currents and L-type Ca2+ currents (ICaL) were recorded via voltage clamp technique. Results: Chronic SMB administration caused a significant decrease in the contraction of myocytes along with prolongation in the repolarization phase of AP and decrease in the amplitude but no change was observed in the contraction kinetics. However, the resting membrane potential shifted to more positive values. Chronic SMB application significantly reduced the transient outward potassium currents of ventricular myocytes, but did not affect the tail currents and inward rectifier potassium currents. In addition, SMB did not change the density of ICaL althoug it elicited a shift to more positive potentials in the activation curve. Conclusion: According to the results obtained in our study and considering that its daily consumption can reach toxic doses, it has been shown that SMB can cause abnormal changes in cardiac functions by modulating voltage-sensitive ionic currents in the heart. Molecular mechanisms of SMB-induced negative inotropic effect may contribute to the pathogenesis of SMB-associated cardiovascular diseases.