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UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE MEDICINA Centro Universitario de Investigaciones Biomédicas Doctorado en Ciencias Fisiológicas con especialidad en Farmacología. “Efectos electrofisiológicos de los agonistas muscarínicos, pilocarpina y 4-aminopiridina sobre el nodo seno auricular de conejo”. Tesis que para obtener el grado de Doctor en Ciencias Fisiológicas con especialidad en Farmacología. PRESENTA: MC. Martín Rodríguez Martínez ASESORES: Dr. José Antonio Sánchez Chapula. Dr. Julián Torres Jácome. Colima, Col. Marzo del 2010

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UNIVERSIDAD DE COLIMA

FACULTAD DE MEDICINA

Centro Universitario de Investigaciones Biomédicas

Doctorado en Ciencias Fisiológicas con especialidad en

Farmacología.

“Efectos electrofisiológicos de los agonistas muscarínicos,

pilocarpina y 4-aminopiridina sobre el nodo seno auricular de

conejo”.

Tesis que para obtener el grado de Doctor en Ciencias Fisiológicas

con especialidad en Farmacología.

PRESENTA:

MC. Martín Rodríguez Martínez

ASESORES:

Dr. José Antonio Sánchez Chapula.

Dr. Julián Torres Jácome.

Colima, Col. Marzo del 2010

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Mi agradecimiento al:

Dr. José Antonio Sánchez Chapula.

Dr. Julián Torres Jácome.

Dr. Arael Aréchiga Figueroa.

Dr. Ricardo Antonio Navarro Polanco.

Q.F.B. Miguel A. Flores Virgen. Técnico del laboratorio.

Por su tenacidad para involucrarme en el difícil campo de la ciencia, sin escatimar

su valioso tiempo.

A todos los Doctores del CUIB que contribuyeron en mi cambio radical, creo que

para bien, ya que me permitirá mejorar en el campo docente y personal.

A mis AMIGOS: El Aldo, el Ritss, el Eloy (pequeño), Arael, el Iván (la muñe), el

Bonales (la bestia), Danita, Angy, Alondrita, el Mike, Mario (Juan Diego) Tania,

Marcelo, Jorge (el conta) quienes siempre estuvieron pendientes para echarme la

mano cuando se me presentaron dificultades inherentes a mi formación. GRACIAS

por los buenos momentos.

A la Sra. Norma Moreno Salazar. Gracias a su desinteresada ayuda me facilitó

concluir esta etapa y me enseño que su fortaleza es inquebrantable.

Agradezco al CONACyT por haberme otorgado la beca

para manutención de los estudios de doctorado. Este

proyecto de tesis fue financiado por CONACYT-FOMIX

PROYECTO 82948.

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DEDICO ESTE TRABAJO A:

Mi esposa: Sra. Guadalupe Guevara Cobián

Mis hijos: Miguel A. Martín (Miguelito); Nayeli (Nay); Martín (frijol); Fernando

Martín (el Fer); A. Martín (Güerito) y Suyay (mi pequeñita). Gracias a ustedes

hijos por ser mi fortaleza para iniciar y terminar esta etapa.

Mis Nietos: Enriquito Martín y Martincito frijolito.

Mis padres: el Sr. Candelario y la Sra. Ma. Elena.

Mis hermanos: Celia, Estela, Micaela, Norma, Baltazar, Alberto, Lorena, Liliana.

Muy especialmente para Francisco Maldonado Trujillo y Familia (Rosalba, Kiko

y Karen) a quienes siempre tuve presentes en todo momento.

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ÍNDICE

ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS 1

ABREVIATURAS 3

RESUMEN 5

ABSTRACT 7

INTRODUCCIÓN 9

El Sistema Nervioso en la regulación de la actividad de NSA. 9

El sistema nervioso simpático. 10

El sistema nervioso parasimpático. 12

El nodo seno auricular. 14

Los potenciales de acción cardiacos. 14

Corrientes iónicas involucradas en el potencial de acción de NSA. 16

Corriente de marcapaso (If). 17

Corrientes de Calcio (ICa) tipo L y T. 17

Corrientes de potasio de rectificación tardía. 18

Corriente de potasio activada por ACh (IkACh) y su importancia fisiológica. 19

ANTECEDENTES INMEDIATOS 20

PRIMERA HIPÓTESIS 26

SEGUNDA HIPÓTESIS 26

OBJETIVOS GENERALES 27

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 27

MATERIALES Y MÉTODOS 28

Procedimiento para disecar el nodo seno auricular de conejo. 28

Registros de potenciales de acción. 29

Dispersión de miocitos de NSA de conejo. 30

Registro de corrientes iónicas en miocitos aislados de NSA de conejo. 32

Fármacos. 33

Análisis estadístico. 34

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RESULTADOS 35

Efecto cronotrópico negativo de pilocarpina sobre preparaciones

multicelulares centrales de NSA de conejo.

35

La pilocarpina activa a IKACh en miocitos de NSA de conejo. 38

Efecto de pilocarpina sobre la corriente de marcapaso, If en miocitos de

NSA de conejo.

41

Efecto de 4-AP sobre los potenciales de acción espontáneos registrados

de preparaciones multicelulares de la región central de NSA de conejo.

42

Efecto de 4-AP sobre los potenciales de acción espontáneos registrados

de preparaciones multicelulares de la región periférica de NSA de

conejo.

46

DISCUSIÓN 49

Efecto cronotrópico negativo de pilocarpina en NSA de conejo. 49

Efecto de 4-AP en preparaciones multicelulares de NSA de conejo. 53

CONCLUSIONES 57

BIBLIOGRAFÍA 58

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1

ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Figura 1. Terminales nerviosas del sistema nervioso autónomo que

modulan la función cardiaca.

10

Figura 2. Vía de señalización que involucra la activación de canales

KACh mediada por el receptor M2 cardiaco.

13

Figura 3. Los potenciales de acción cardiacos son propios del tejido

en que se estudian.

15

Figura 4. Corrientes iónicas que participan en la actividad eléctrica del

PA ventricular y del NSA.

16

Figura 5. Efectos de la 4-AP 1 mM sobre el PA auricular. 20

Figura 6. Efectos de 4-AP 1mM sobre las corrientes de membrana en

miocitos auriculares de gato.

21

Figura 7. La If interviene en la modulación cronotrópica de la actividad

marcapaso por transmisores autonómicos.

24

Figura 8. Diagrama de una preparación de NSA para registros

multicelulares de potenciales de acción espontáneos con la técnica de

microelectrodos.

29

Figura 9. Efectos de la pilocarpina sobre potenciales de acción

registrados en la región central en preparaciones multicelulares de

NSA de conejo.

36

Figura 10. Consecuencia del bloqueo de If (Cs+ 2 mM), e IKACh

(tertiapina Q 300 nM) sobre el efecto cronotrópico negativo producido

por pilocarpina sobre la actividad espontánea de NSA de conejo.

38

Figura 11. Corriente activada por pilocarpina en miocitos aislados de

NSA de conejo.

39

Figura 12. Efecto de tertiapina Q sobre la corriente activada por

pilocarpina en miocitos aislados de NSA de conejo.

40

Figura 13. Efecto de pilocarpina sobre la corriente marcapaso, If,

registrada en miocitos aislados de NSA de conejo.

41

Figura 14. Efecto de E-4031 1 μM sobre potenciales de acción

espontáneos registrados en la región central de preparaciones

multicelulares de NSA de conejo.

42

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2

Figura 15. Efectos de 4-AP 5 mM sobre potenciales de acción

espontáneos registrados en la región central de preparaciones

multicelulares de NSA de conejo.

44

Figura 16. Efectos de la 4-AP (5 mM) sobre potenciales de acción

registrados en preparaciones multicelulares de la región periférica de

NSA de conejo.

47

Tabla 1. Efectos de pilocarpina sobre potenciales de acción

registrados en la región central de preparaciones multicelulares de

NSA de conejo.

37

Tabla 2. Efectos de 4-AP sobre potenciales de acción registrados en

la región central de preparaciones multicelulares de NSA de conejos

reserpinizados y no reserpinizados.

45

Tabla 3. Efectos de 4-AP sobre potenciales de acción registrados en

la región periférica de preparaciones multicelulares de NSA de conejo

reserpinizados y no reserpinizados.

48

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ABREVIATURAS

AC: adenilato ciclasa.

ACh: acetilcolina.

Amp: amplitud del potencial de acción.

AMPc: monofosfato cíclico de adenosina.

ATP: trifosfato de adenosina.

Ca+2: ion calcio.

CCh: carbacol.

dV/dtMáx: velocidad de despolarización diastólica

DDE: despolarización diastólica espontánea

DPA50: duración del potencial de acción al 50% de su repolarización.

GDP: difosfato de guanosina.

GTP: trifosfato de guanosina.

ICa: corriente de calcio

ICaL: corriente de calcio tipo L.

ICaT: corriente de calcio tipo T.

If: corriente marcapaso.

IK: corriente de potasio rectificadora tardía.

IK1: corriente rectificadora entrante.

IKACh: corriente de potasio activada por acetilcolina.

LC: longitud del ciclo.

IKATP: corriente de potasio sensible a trifosfato de adenosina.

IKr: corriente de potasio rectificadora tardía de activación rápida.

IKs: corriente de potasio rectificadora tardía de activación lenta.

IST: corriente entrante sostenida

Ito: corriente de potasio transitoria de salida

K+: ion potasio

KACh: canales de potasio sensibles a acetilcolina

M-AChRs: receptores colinérgicos muscarínicos

M1…M5: subtipos de receptores colinérgicos muscarínicos, del M1 al M5.

Na+: ion sodio

NAV: nodo aurículo ventricular.

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NSA: nodo seno auricular.

PA: potencial de acción.

PCA: proteína cinasa A.

PDM: pontecial diastólico máximo.

PIP2: fosfatidil inositol bifosfato.

PTX: toxina pertussis.

RM2: receptor muscarínico subtipo 2.

ST: sobretiro.

TTX: tetrodotoxina.

VMáx.: velocidad máxima de despolarización.

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RESUMEN

En el presente trabajo, se investigaron los efectos del agonista de

receptores muscarínicos, pilocarpina, en miocitos aislados y en preparaciones

multicelulares de la región central del nodo senoauricular (NSA) de conejo. Sobre

los potenciales de acción espontáneos registrados en preparaciones

multicelulares, pilocarpina (3 - 30 µM), produjo una disminución de la frecuencia

de disparo, hiperpolarización del potencial diastólico máximo, acortamiento de la

duración del potencial de acción y disminución de la velocidad de despolarización

diastólica. Estos efectos fueron inhibidos por el bloqueador del canal de K+

muscarínico (IKACh), tertiapina Q. En presencia del bloqueador de la corriente

marcapaso, If, cesio (Cs+), observamos que los efectos de pilocarpina 3 - 30 µM

no fueron significativamente modificados. En miocitos de nodo senoauricular,

pilocarpina (3 - 30 µM) activó a IKACh de manera dependiente de concentración y

de voltaje, mayor activación a potenciales de membrana más positivos. Tertiapina

Q (300 nM) bloqueó la corriente activada por pilocarpina, IKACh. Pilocarpina (3 - 30

µM) inhibió a la corriente If, el efecto de pilocarpina a -80 mV fue

significativamente mayor que el observado a -120 mV, sugiriendo que el agonista

podría estar desplazando la curva de activación de If hacia potenciales más

negativos. Los efectos cronotrópicos negativos de pilocarpina sobre el NSA,

pueden ser explicados por la activación de IKACh y posiblemente por el

desplazamiento de la curva de activación de If hacia potenciales más negativos,

ambos mecanismos mediados por la activación de receptores muscarínicos M2.

La 4-aminopiridina (4-AP), es un bloqueador de canales de K+ que ha sido

utilizado en la caracterización de la corriente de K+ transitoria de salida, Ito, en

tejidos cardiacos y no cardiacos. En el presente trabajo, en preparaciones

multicelulares de la región central del nodo senoauricular de conejos no

reserpinizados, encontramos que 5 mM de 4-AP, a pesar de sus efectos como

bloqueador de IKr e IKs, no produjo efectos significativos sobre el potencial

diastólico máximo y la duración de los potenciales de acción espontáneos, sin

embargo, produjo un incremento significativo en el sobretiro de los potenciales de

acción, en la frecuencia y en la velocidad de despolarización diastólica. El

antagonista de receptores muscarínicos, atropina, no modificó significativamente

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los efectos de la 4-AP sobre la frecuencia de disparo. En preparaciones

multicelulares de animales no reserpinizados, en presencia del antagonista de

receptores -adrenérgicos, propranolol, 4-AP provocó un incremento significativo

en la duración, disminución del potencial diastólico máximo y eventualmente el

cese de la actividad espontánea.

En preparaciones multicelulares de conejos reserpinizados, 4-AP produjo

efectos similares a los observados en presencia de propranolol, provocó un

incremento significativo en la duración, disminución del potencial diastólico

máximo y eventualmente el cese de la actividad espontánea en preparaciones

multicelulares también de la región central del NSA.

Considerando estos resultados, concluimos que a pesar de la utilidad de la

4-AP como bloqueador de Ito, se debe tener cuidado, ya que a las

concentraciones usadas para caracterizar a Ito, este fármaco produce múltiples

efectos sobre preparaciones cardiacas. 4-AP inhibe las corrientes de K+ cardiacas

Ito, IKr e IKs, además, 4-AP activa a IKACh, y en preparaciones multicelulares

produce la liberación de neurotransmisores desde las terminales nerviosas del

sistema nervioso autónomo.

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ABSTRACT

In the present work, the effect of the partial agonist of muscarinic receptors,

pilocarpine was investigated in isolated myocytes and multicellular preparations

from rabbit central sinoatrial node (SAN). In multicellular preparations, pilocarpine

(3 – 30 µM), produced on spontaneous action potentials a decrease in frequency,

a hyperpolarization of the maximum diastolic potential, a shortening in action

potential duration and a decrease in the rate of diastolic depolarization. Those

effects were antagonized by the muscarinic potassium channel (IKACh) blocker,

tertiapin Q. With the blocker of pacemaker current, If, cesium (Cs +), we observed

that the effects of pilocarpine 3 – 30 μM were not significantly modified. In

sinoatrial node myocytes, pilocarpine (3 – 30 µM) activated IKACh in concentration-

and voltage-dependent ways, more activation at more positive membrane

potentials. Tertiapin Q (300 nM) blocked the IKACh pilocarpine-activated current.

Pilocarpine (3 – 30 µM) inhibited If current, the effect of pilocarpine at -80 mV was

significantly greater than at -120 mV, suggesting that the drug could be shifting to

negative potential of If activation curve. The negative chronotropic effects of

pilocarpine on SAN could be explained by both mechanisms gated by M2

receptors, activation of IKACh and shift to negative potentials of the If activation

curve.

4-aminopyridine, 4-AP is a potassium channel blocker, which has been

useful in the characterization of the transient outward potassium current, Ito in

cardiac and non cardiac tissues. In the present work, we found that 4-

aminopyridine, 5 mM, in multicellular preparations of the central region of the

sinoatrial node from non reserpinized rabbits, in spite of its IKr and IKs blocking

effects, 4-AP produced on spontaneous action potentials no significant effects on

the maximum diastolic potential and action potential duration, but, produced an

increase in action potential overshoot, frequency and rate of diastolic

depolarization. The muscarinic antagonist, atropine did not significantly modify the

4-AP effect on frequency. In multicellular preparations from non reserpinized

animals, 4-AP in the presence of the -adrenergic antagonist, propranolol

produced a marked increase in duration and a marked decrease in maximum

diastolic potential and eventually, cessation of the spontaneous activity in

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preparations from the SAN central region. In multicellular preparations from

reserpinized rabbits, 4-AP produced similar effects to those observed in the

presence of propranolol, a marked increase in duration and a marked decrease in

maximum diastolic potential and eventually, cessation of the spontaneous activity

in the preparations of the SAN central region. We conclude that in spite of the

usefulness of 4-AP as Ito blocker, care should be taken, since the drug produces

multiple effects on cardiac preparations, at the concentrations used to characterize

Ito. 4-AP inhibits the cardiac K+ currents, Ito, IKr and IKs. In addition, 4-AP activates

IKACh, and in multicellular preparations 4-AP produces neurotransmitter release

from the autonomous nervous system nerve terminals

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INTRODUCCIÓN

La función primordial del corazón es generar la presión suficiente para que

la sangre circule en forma continua por todo el sistema vascular. La eficiencia del

corazón depende de una onda de excitación generada en el nodo senoauricular

(NSA), que se propaga desde las aurículas hasta los ventrículos. La actividad

coordinada del corazón está determinada por las cuatro propiedades básicas de

los tejidos cardiacos: excitabilidad, automatismo, conducción y contractilidad.

Estas propiedades están desarrolladas en grado variable en los diferentes tejidos

cardiacos (Levy y Martin, 1989).

El Sistema Nervioso en la regulación de la actividad del NSA.

En mamíferos, la actividad eléctrica del NSA es modulada por el sistema

nervioso autónomo a través de sus dos componentes, el sistema nervioso

simpático (SNS) y el sistema nervioso parasimpático (SNP) (Loffelholz y Pappano,

1985; Dhein et al., 2001).

La vía eferente del sistema nervioso autónomo ejerce un control funcional

de diferentes aparatos y sistemas a través de las fibras que se originan en el

sistema nervioso central. La actividad eferente simpática y parasimpática es

generada en respuesta a la entrada de información sensorial aferente originada

en los órganos efectores, vía neuronas aferentes (mecanorreceptoras y

quimiorreceptoras).

Las vías eferentes simpáticas contienen neuronas preganglionares, que se

encuentran en la médula espinal, y terminan en los ganglios simpáticos, los

cuales están organizados en dos cadenas bilaterales que corren paralelas a la

médula espinal. En estos ganglios, las terminales axónicas hacen sinapsis con las

neuronas simpáticas postganglionares que envían su axón a los órganos

efectores (Figura 1). La estimulación simpática incrementa la frecuencia y la

fuerza de la contracción cardiaca. El neurotransmisor principal de las neuronas

simpáticas postganglionares es la noradrenalina, mientras que la acetilcolina es el

neurotransmisor en las sinapsis ganglionares tanto del SNS como del SNP.

Las fibras eferentes postganglionares del sistema parasimpático difieren

del simpático en que ellas inician en neuronas en el tallo cerebral y la médula

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espinal y hacen sinapsis con las neuronas postganglionares, pero éstas se

encuentran cerca o dentro de los órganos efectores (Figura 1). La acetilcolina es

el neurotransmisor utilizado en las sinapsis preganglionares y postganglionares

del sistema nervioso parasimpático. La acetilcolina, a través de los receptores

muscarínicos produce en el corazón una disminución de la frecuencia y la fuerza

de la contracción cardiaca (Hildreth et al., 2009).

El sistema nervioso simpático.

El sistema nervioso simpático ejerce una influencia significativa sobre la

función cardiaca a través de la estimulación de receptores -adrenérgicos y esto

lo hace en gran parte por el incremento en la producción monofosfato cíclico de

adenosina. (AMPc). Para un mejor entendimiento del mecanismo por el cual los

receptores muscarínicos regulan la respuesta dependiente de AMPc así como la

importancia de los efectos resultantes, sólo puede ser apreciada con la

comprensión de cómo la estimulación simpática afecta el corazón. Se ha

reportado que este sistema inerva todo el corazón (Levy y Martin, 1989). La

estimulación simpática puede producir efectos sobre los miocitos cardiacos por

activación de dos tipos de receptores: los y los -adrenérgicos. La ruta de

señalización que involucra a los receptores -adrenérgicos es la que influye en la

actividad de los canales iónicos cardiacos a través del incremento de AMPc.

Figura 1: Terminales nerviosas del

sistema nervioso autónomo que modulan

la función cardiaca a través del sistema

nervioso simpático mediante la cadena

ganglionar paravertebral y el sistema

nervioso parasimpático por medio del

nervio vago. Modificada de

med.javeriana.edu.co/fisiologia/nguias/sn

a.htm.

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Diferentes subtipos de receptores -adrenérgicos son expresados en tejido

cardiaco (1, 2 y 3), (Kaumann, 1997; Brodde y Michel, 1999). Cuando el

receptor -adrenérgico es activado por su ligando noradrenalina, la subunidad s

libera el difosfato de guanosina (GDP) permitiendo que el trifosfato de guanosina

(GTP) tome su lugar. Este intercambio provoca que la proteína G (PG) formada

por el trímero (, , ) se disocie en dos componentes activos: la subunidad y el

dímero . En este caso, la subunidad s interacciona con todas las isoformas de

adenilato ciclasa (AC) expresadas en tejido cardiaco y estimula la producción de

AMPc. Una vez que la subunidad s hidroliza el GTP a GDP se une nuevamente

con el dímero y se forma nuevamente la proteína G inactiva (Fleming et al.,

1992; Sunahara et al., 1996; Ishikawa y Homcy, 1997; Smit y Iyengar, 1998).

El AMPc puede alterar la función de algunos canales iónicos, ya sea

directamente por acción sobre la proteína del canal o bien indirectamente por

activación de la proteína cinasa A (PCA). Los canales marcapaso expresados en

miocitos del NSA y del nodo aurículo-ventricular (NAV), así como en células de

conducción especializada en el corazón de mamífero adulto son afectados por

interacción directa del AMPc con la proteína del canal (Accili et al., 2002). El

escenario más común de la regulación de los canales iónicos cardiacos es por la

activación indirecta, en donde el AMPc por mediación de la PCA fosforila el canal

(Hartzell, 1988). Los canales regulados de esta manera incluyen los canales de

calcio (Ca2+) tipo L (ICaL) (Tsien, 1973; Osterrieder et al., 1982; Bean et al., 1984;

Kameyama et al., 1985; Trautwein et al., 1987), los canales de potasio (K+) tipo

rectificadores tardíos (Tsien et al., 1972; Bennett y Begenisich, 1987; Walsh y

Kass, 1988; Duchatelle-Gourdon et al., 1989; Giles et al., 1989; Harvey y Hume,

1989; Marx et al., 2002; Kurokawa et al., 2003), y canales de sodio (Na+)

dependientes de voltaje (Hisatome et al., 1985; Cheng et al., 1991; Ono et al.,

1993; Schreibmayer et al., 1994).

Los efectos del AMPc sobre los canales marcapaso se cree que son uno

de los mecanismos primarios que subyace al incremento de la frecuencia cardiaca

inducida por el sistema simpático (Accili et al., 2002). Igualmente, la actividad de

la PCA, fosforilando los canales de Ca2+ tipo L, juega un papel clave en la

regulación simpática de la contracción del músculo cardiaco (Tsien, 1977;

Lindemann y Watanabe, 1989). Cambios en la actividad de los canales de Ca2+

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así como los de Na+ pueden afectar la propagación del impulso eléctrico a través

de cambios en la velocidad de subida del potencial de acción (Hisatome et al.,

1985; Sperelakis y Josephson, 1989; Cheng et al., 1991). Los canales

rectificadores tardíos son también un determinante importante en la duración del

potencial de acción cardiaco.

El sistema nervioso parasimpático.

El sistema nervioso parasimpático juega un papel importante en la

regulación fisiológica de la función cardiaca por ejercer una influencia significativa

sobre la iniciación y propagación de los impulsos eléctricos, además de ser capaz

de regular la fuerza de contracción (Loffelholz y Pappano, 1985; Hartzell, 1988).

Estos efectos son mediados, en todo o parte, a través de los cambios de la

actividad de los canales iónicos que ocurren en respuesta a la activación de los

receptores colinérgicos muscarínicos, debido a la liberación del neurotransmisor

acetilcolina (ACh) de las terminales axónicas del nervio vago. Uno de los

mecanismos clave en la regulación cardiaca es la activación de una población

específica de canales de K+ sensibles a ACh (KACh) (Noma y Trautwein, 1978;

Osterrieder et al., 1981). Los canales KACh son regulados por receptores

muscarínicos M2 y otros tipos de receptores, los cuales se acoplan a proteínas

Gi/o, este efecto se delimita a la membrana celular, es decir que el canal es

activado directamente por dichas proteínas G y no requieren de segundos

mensajeros (Figura 2), (Brown y Birnbaumer, 1990).

Múltiples subtipos de receptores muscarínicos a ACh (M-AChRs) que van

del M1 al M5 han sido clonados y su función ha sido descrita. El M1, M3 y M5 se

caracterizan por estar acoplados preferentemente a proteínas Gq/11 cuya ruta es la

vía del fostatidil inositol bifosfato (PIP2) y el M2 y M4 se acoplan a proteínas Gi/o,

sensibles a toxina pertussis (PTX), los cuales están asociados con la inhibición de

la adenilato ciclasa (Bonner, 1989; Kurachi, 1995).

Existe un consenso general que proviene de varios estudios realizados con

diferentes estrategias metodológicas y por diversos grupos de investigadores, de

que el subtipo predominante de M-AChR en tejido cardiaco de varias especies

animales, incluyendo los humanos, es el M2 (Bonner et al., 1987). La activación

de receptores M2 por ACh, involucra cambios en la función de los canales

cardiacos que pueden ser explicados por dos vías. El primero involucra una

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regulación directa dependiente de proteínas G para la activación de los canales

iónicos. El segundo comprende una regulación indirecta de la actividad de los

canales iónicos a través de una modulación dependiente de AMPc. La ruta de

señalización directa está involucrada en la regulación del acople de las proteínas

G a los canales de potasio rectificadores entrantes (GIRK) expresados

principalmente en los miocitos auriculares, de NSA y de NAV. La activación de

IKACh, vía los receptores M2, es un componente esencial del control parasimpático

sobre el corazón (Soejima y Noma, 1984; Breitwieser y Szabo, 1985; Yamada et

al., 1998) (Figura 2).

Figura 2. Vía de señalización que involucra la activación de canales KACh mediada por el receptor

M2 cardiaco. El acople de ACh al receptor M2 induce la activación de las proteínas Gi/o, activando

al canal KACh permitiendo la salida de K+ de la célula, provocando la hiperpolarización de la misma.

El inserto muestra trazos representativos de la corriente con rectificación entrante, característica

del canal KACh. Modificada de Yamada et al. (1998).

El efecto indirecto que a menudo se asocia con la estimulación de

receptores muscarínicos en tejido cardiaco por la exposición a la ACh, es una

inhibición de la respuesta dependiente de AMPc. Estos efectos fueron atribuidos a

la inhibición de la actividad de la adenilato ciclasa por una interacción que

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involucra a las proteínas Gαi/o (Sunahara et al., 1996; Smit y Iyengar, 1998). Esto

apoya la idea que la ACh puede antagonizar la respuesta -adrenérgica por

inhibición de la síntesis del AMPc.

El nodo senoauricular.

Como ya se mencionó anteriormente, en los mamíferos la actividad

eléctrica del corazón inicia en el NSA, esta onda eléctrica es seguida de la

contracción de millones de miocitos cardiacos. El NSA está constituido por células

especializadas con actividad marcapaso (miocitos del NSA), dicha estructura se

localiza en el borde de la aurícula derecha, limitada por la vena cava superior e

inferior, el septum inter-auricular y la crista terminalis (Bleeker et al., 1980).

Los potenciales de acción cardiacos.

Los potenciales de acción (PA) en el corazón generalmente duran algunos

cientos de milisegundos, siendo variable tanto la duración como su morfología,

dependiendo del tejido cardiaco en que se estudia. Las fases del PA se originan

por la activación de diferentes corrientes iónicas que le confieren diferencias

morfológicas a éste en los distintos tejidos cardiacos (Figura 3). El PA del músculo

cardiaco ventricular presenta cinco fases distintas. La fase 0 corresponde a la

fase de despolarización rápida o fase de subida del PA. Durante la fase 1 se

produce una repolarización inicial rápida, la cual termina en el inicio de la meseta

del PA que corresponde a la fase 2 del mismo. En esta fase 2 el potencial de

membrana cambia muy poco durante decenas de milisegundos, ya que tanto las

corrientes entrantes como las salientes se contrarrestan, unas a otras. Durante la

meseta se inicia una lenta repolarización, la cual se acelera y da lugar a la fase 3.

Finalmente, la fase 4 corresponde al potencial de membrana en reposo (Figura

4A).

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Figura 3. Los potenciales de acción cardiacos son propios del tejido en que se estudian. Sus

diferentes fases se originan por la activación de diferentes corrientes iónicas y la variación en su

morfología se debe principalmente a la diferencia existente en la contribución relativa de dichas

corrientes iónicas. Modificada de med.javeriana.edu.co/fisiologia/nguias/sna.htm.

El PA en miocitos del NSA se diferencia claramente del PA de miocitos de

trabajo (Figura 4B). La fase 0 en el NSA presenta una velocidad de

despolarización más lenta, no presenta claramente la fase 1, la meseta o fase 2

es más corta y durante la fase 4, la membrana no se encuentra propiamente en

reposo ya que presenta una despolarización lenta conocida como despolarización

diastólica espontánea, la cual es responsable de la capacidad de producir PA

espontáneos, propiedad conocida como automatismo (Sánchez-Chapula et al.,

2007; Mangoni y Nargeot, 2008).

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Figura 4. Corrientes iónicas que participan en la actividad eléctrica del PA ventricular (A) y del

NSA (B). El PA ventricular (A) es el más representativo ya que presenta claramente las cinco

fases; fase 0, de despolarización rápida; fase 1, de repolarización inicial rápida; fase 2, de meseta;

fase 3, de repolarización; fase 4, potencial de membrana en reposo. En el PA del NSA (B) durante

la fase 0, la despolarización es más lenta; no son claras la fase 1 y 2 observadas en el PA

ventricular; no existe una fase en reposo, en su lugar, la fase 4 representa la despolarización

diastólica de los potenciales espontáneos. Ito = corriente de potasio transitoria de salida; IK =

corrientes de potasio de rectificación tardía; ICaL e ICaT = corriente de calcio tipo L y T,

respectivamente; If = corriente de marcapaso; INa = corriente de sodio; IK1 = corriente de potasio de

rectificación entrante. Modificada de Nathan, (1985).

Corrientes iónicas involucradas en el potencial de acción del NSA.

En miocitos del NSA, la actividad marcapaso está regulada por una

complicada interacción de múltiples corrientes moduladas por el sistema nervioso

autónomo y no sólo debido a una corriente en particular. Los latidos o

contracciones espontáneas están asociados con interacciones entre la activación

de la ICaT y la ICaL, el decaimiento dependiente de tiempo (desactivación) de la

conductancia de los rectificadores tardíos (IK) y la corriente entrante de

marcapaso, activada por hiperpolarización, llamada If (Noble, 1984; Guo et al.,

1995; Mitsuiye et al., 2000). La contribución de la ICaT al marcapaso es pequeña y

se limita aproximadamente al primer tercio de la despolarización diastólica

espontánea (Noble, 1984). En contraste la ICaL es particularmente responsable de

la última fase de la despolarización diastólica espontánea, de la fase de subida y

del sostenimiento de la fase corta de meseta del PA nodal (Hagiwara et al., 1988).

Satoh (2003) señala que el intercambiador Na+/Ca2+ genera una pequeña

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corriente entrante durante la despolarización diastólica proporcionando una

corriente básica que participa en la despolarización diastólica espontánea de la

fase 4 del PA. El grupo de Noma (Guo et al., 1995; Mitsuiye et al., 2000;

Shinagawa et al., 2000) demostró más recientemente, la participación de una

corriente de fondo en miocitos del NSA de rata, la corriente entrante sostenida

(IST). Estas corrientes junto con la ICaL, la If y la IK son las que comandan la

actividad de marcapaso. La IST es una corriente de Na+ sensible a la nicardipina,

con una conductancia de 13 pS y con una densidad de corriente muy pequeña (2

pA/pF) en miocitos del NSA de conejo (Mitsuiye et al., 2000). La IST es resistente a

tetrodotoxina (30µM). La apertura de canales de Ca2+ aumenta la IST. Así, la

activación de la IST desarrolla una mayor contribución a la despolarización de

marcapaso.

Corriente de marcapaso (If).

La corriente marcapaso, If, fue primeramente descrita en miocitos del NSA

de mamíferos y contribuye esencialmente a la génesis de la actividad del ritmo

cardiaco (Brown et al., 1979; Brown y Difrancesco, 1980; Yanagihara y Irisawa,

1980). La If es generada por el flujo de iones de Na+ y K+, es una corriente

entrante, su umbral de activación está alrededor de -40 a -50 mV, su potencial de

inversión es de -20 mV, y tiene una activación máxima entre -100 y -110 mV

(DiFrancesco, 1981; DiFrancesco et al., 1986).

Corrientes de calcio tipo L y T.

Las corrientes de Ca2+ tipo T (ICaT) y tipo L (ICaL) han sido reportadas en

miocitos de NSA, de aurícula y de ventrículo (Bean, 1985; Nilius et al., 1985; Mitra

y Morad, 1986; Hagiwara et al., 1988; Tseng y Boyden, 1989; Tytgat et al., 1990).

Hagiwara et al., (1988) confirmaron la presencia de ICaT y de ICaL en miocitos del

NSA de conejo usando el método de fijación de voltaje en célula completa. La

clasificación de la ICa fue de acuerdo a su cinética de inactivación: los canales que

mostraron inactivación rápida o también llamada transitoria fueron nombrados tipo

T, y los canales que inactivan lentamente son conocidos como tipo L (Nilius et al.,

1985). La ICaT difiere de la ICaL en cuanto a sus características cinéticas y

farmacológicas. La contribución de la corriente ICaT al marcapaso es pequeña y se

limita aproximadamente al primer tercio de la fase 4 del PA (Noble, 1984). La

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corriente ICaL es la más importante por ser la generadora del potencial de acción

en miocitos de NSA, siendo particularmente responsable de la última fase de la

despolarización diastólica espontánea, de la fase de subida del potencial de

acción, así como del sostenimiento de la fase corta de meseta del PA nodal

(Satoh y Tsuchida, 1993).

Corrientes de potasio de rectificación tardía.

Los canales de potasio rectificadores tardíos participan en la generación de

los PA espontáneos de los miocitos marcapaso del NSA. Se conoce que estas

corrientes de potasio participan de manera importante durante la fase lenta de

despolarización diastólica en miocitos del NSA (Irisawa et al., 1993). La activación

de IK junto con la inactivación de ICaL contribuye a la repolarización de la

membrana de los miocitos del marcapaso, y su subsecuente desactivación afecta

el curso temporal de la despolarización diastólica de los potenciales espontáneos

(Noma y Irisawa, 1976; DiFrancesco et al., 1979; Nakayama et al., 1984;

Anumonwo et al., 1992). Actualmente, se sabe que la IK en miocitos cardiacos

está conformada por al menos dos componentes, la IKr y la corriente de potasio

lenta (IKs) en miocitos ventriculares de conejo (Sanguinetti y Jurkiewicz, 1990; Liu

y Antzelevitch, 1995; Gintant, 1996; Salata et al., 1996). La presencia de la IKr en

miocitos del NSA así como la participación en la generación de los potenciales de

acción espontáneos, ha sido extensamente estudiada en una variedad de

especies; Sanguinetti y Jurkiewicz (1990), en miocitos ventriculares de cobayo,

demostraron que la IKr puede ser aislada de la IK por el agente antiarrítmico clase

III, E-4031. Este agente, bloquea específicamente a la IKr de manera reversible

(Sanguinetti y Jurkiewicz, 1991).

Utilizando la especificidad de este bloqueador, se ha demostrado la

presencia de la IKr en los miocitos del NSA de conejo (Ito y Ono, 1995); estos

últimos encontraron que 0.5 µM del E-4031 suprime completamente la actividad

de canal unitario de la IKr, la cual se restablece previo lavado del fármaco. Se

demostró también que 3 µM de la E-4031 no afecta la probabilidad de apertura de

los canales de K+ muscarínicos, al igual que el resto de las corrientes que

participan en el PA. Existen diferencias en la expresión de la IKs entre tejidos y

entre especies. En miocitos del NSA de rata tanto la IKr como la IKs están

presentes (Shinagawa et al., 2000; Lei et al., 2002), donde el bloqueo de la IKr al

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igual que en miocitos nodales de otras especies provocaría un potencial diastólico

máximo más positivo y el aumento en la duración del potencial de acción,

probablemente debido a que la frecuencia sinusal podría estar siendo regulada

por la IKr y/o la IKs. Concentraciones de 3-5 µM del E-4031 suprimieron la actividad

espontánea en los miocitos del NSA de rata, mientras que 30 µM del cromanol-

293B (bloqueador de la IKs) no genera un efecto considerable en estos mismos

miocitos. Efectos similares, provocados por estos bloqueadores, han sido

detectados en miocitos del NSA de conejo y de ratón (Shinagawa et al., 2000; Lei

et al., 2002; Cho et al., 2003); por lo tanto la contribución de la IKs a los

potenciales de acción espontáneos es pequeña en estas especies.

Corriente de potasio activada por la ACh (IKACh) y su importancia fisiológica.

Los canales KACh pertenecen al grupo de canales de K+ rectificadores

entrantes (Kir, por sus siglas en inglés) acoplados a las proteínas G, miembros de

la subfamilia Kir 3.0. Evolutivamente, los canales Kir representan la clase más

primitiva de canales iónicos y se les encuentra desde bacterias hasta mamíferos

superiores (Hille, 2002). La estructura primaria de estas subunidades predice 2

regiones transmembranales, una región formadora de poro y los extremos amino

y carboxilo del lado citoplásmico. La secuencia glicina-tirosina-glicina en la región

P o H5 formadora de poro constituye el filtro de selectividad para K+. Los canales

Kir están compuestos de 4 subunidades Kir 3.x (x=1-4). Cada subunidad posee un

sitio de unión para G en los extremos amino y carboxilo terminal del canal.

Diferentes combinaciones de subunidades Kir 3.x se encuentran en tejidos y

células. Así, el canal KACh está compuesto de Kir 3.1 y 3.4 en una estequiometría

2:2 (Kurachi y Ishii, 2004). El mecanismo de rectificación entrante de los canales

Kir es causado por un rápido bloqueo dependiente de voltaje por el Mg2+ y las

poliaminas intracelulares (Ruppersberg, 2000).

En estudios in vivo con ratones deficientes para Kir 3.4 quedó demostrada

la participación directa de los canales KACh en la bradicardia inducida por

estimulación vagal y por adenosina, además de ser necesarios para la regulación

rápida de la frecuencia cardiaca en reposo (Wickman et al., 1998; Mark y Herlitze,

2000).

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ANTECEDENTES INMEDIATOS

Navarro-Polanco y Sánchez-Chapula (1997) mostraron que 1 mM de 4-

aminopiridina (4-AP) producía una serie de efectos sobre el PA de miocitos

auriculares de gato: un aumento de la amplitud máxima, una ligera

hiperpolarización del potencial de reposo y un acortamiento de la duración del PA

(Figura 5).

Figura 5. Efectos de la 4-AP (1 mM) sobre el PA auricular: aumento de la amplitud máxima, una

ligera hiperpolarización y un acortamiento de la duración. Control (○), 4-AP 1mM (●). Modificada

de Navarro-Polanco y Sánchez-Chapula, (1997).

Navarro-Polanco y Sánchez-Chapula en 1997, examinaron, con fijación de

voltaje de miocitos auriculares de gato, que la 4-AP produce un efecto dual sobre

las corrientes de potasio: se disminuye la corriente de K+ transitoria de salida (Ito1)

y simultáneamente se activan componentes de corriente entrante y saliente

siendo este último componente claramente dependiente de tiempo y voltaje

(Figura 6). El efecto de 4-AP sobre las corrientes iónicas explicaron las

modificaciones en la morfología del PA.

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Figura 6. Efectos de la 4-AP (1mM) sobre las corrientes de membrana en miocitos auriculares de

gato. Estos experimentos muestran trazos de corrientes inducidos por pulsos hiperpolarizantes (B

y D) y pulsos despolarizantes (A y C) desde un potencial de mantenimiento de -40mV, a

potenciales entre -100 y +50mV con una duración de 500 ms, obtenidas dentro de condiciones

control (A y B) y en presencia de la 4-AP (C y D). 4-AP produce un efecto dual sobre las corrientes

de K+: se disminuye la Ito y simultáneamente se activan corrientes entrantes y salientes a voltajes

hiperpolarizantes y despolarizantes, respectivamente. Modificada de Navarro-Polanco y Sánchez-

Chapula, (1997).

En este mismo trabajo, Navarro-Polanco y Sánchez-Chapula (1997),

comprobaron que en la activación de ambos componentes de corrientes

participan M-AChRs acoplados a las proteínas Gi/o, ya que la atropina

(antagonista colinérgico inespecífico), la GDPS (inhibidor inespecífico de

proteínas G) y la toxina pertussis, aplicados por separado, eran capaces de inhibir

totalmente a los componentes de corriente tanto salientes como entrantes,

activados por la 4-AP. Con registros de canal unitario se comprobó que el

componente entrante activado por la 4-AP se trataba de IKACh. El componente

saliente se analizó con más detalle, examinando dependencia de voltaje, cinética

y sensibilidad farmacológica, poniendo de manifiesto que no se trataba de los

rectificadores tardíos descritos en corazón, la IKr y la IKs. Fermini y Nattel, (1994);

Shi et al. (1999); Wang et al. (1999); Shi et al. (2003) publicaron que, en miocitos

auriculares de perro, colina, tetrametilamonio (TMA), pilocarpina y 4-AP activaron

corrientes de K+ muy similares a las encontradas por Navarro-Polanco y Sánchez-

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Chapula (1997), proponiendo la existencia de diferentes rectificadores tardíos

acoplados a distintos subtipos de M-AChRs. A estos supuestos rectificadores

tardíos los nombraron como IKM3 cuando eran activados por colina, TMA y

pilocarpina a través del receptor M3 e IK4AP a la corriente activada por 4-AP a

través del receptor M4 (Fermini y Nattel, 1994; Shi et al., 1999; Wang et al., 1999;

Shi et al., 2003).

Para llegar a estas conclusiones, utilizaron antagonistas de los diferentes

subtipos de receptores muscarínicos, dándoles un mayor soporte a estos

hallazgos con la técnica de reacción en cadena de la polimerasa con

retrotranscriptasa (RT-PCR) de aurícula homogenizada en donde además del

ARNm del subtipo M2 también encontraron los subtipos M1, M3, M4 y M5 (Shi et al.,

1999; Wang et al., 2001). Esto contrasta con múltiples evidencias que señalan al

receptor M2 como el subtipo funcional predominante en el corazón (Watson et al.,

1983; Bonner et al., 1987; Mizushima et al., 1987; Peralta et al., 1987) y el que

contribuye a la regulación de la frecuencia cardiaca, la fuerza de contracción,

forma y duración de los potenciales de acción (Jeck et al., 1988; van Zwieten y

Doods, 1995). Posteriormente, Meyer et al., (2001) reportó que los receptores

muscarínicos M3 no están presentes en miocitos de aurícula de rata, esto al hacer

RT-PCR en miocitos aislados y cultivados; pero sí encontraron receptores M3 al

hacer el RT-PCR del cultivo de aurícula completa. Estos hallazgos hacen suponer

que lo reportado por Shi et al. (1999) pudiera ser un artefacto de los M3AChR que

se encuentran en células endoteliales y vasos, al homogenizar la aurícula

completa. En estudios posteriores, donde se utilizó RT-PCR competitiva para

cuantificar los ARNm de los distintos M-AChRs en aurícula, reafirmó la enorme

predominancia del M2AChR respecto a los otros subtipos muscarínicos M2 93.9%,

M1 0.8%, M3 1.1%, M4 0.2% y el M5 4.1% (Krejci y Tucek, 2002). Además se

tienen estudios con ratones knockout para los distintos M-AChRs donde se

descarta toda participación fisiológica en la regulación de la frecuencia cardiaca a

cualquier M-AChRs distinto al M2 (Stengel et al., 2000; Wess, 2004).

Estudios realizados en miocitos auriculares de diferentes especies

animales (perro, rata, ratón, conejo y cobayo), mostraron que la 4-AP activa los

componentes de corriente de K+ tanto entrantes como salientes (Benavides-Haro,

2001).

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En corazón de mamífero, el NSA o marcapaso cardiaco, es el tejido más

densamente inervada por ambas ramas, adrenérgicas y colinérgicas, del sistema

nervioso autónomo (DiFrancesco, 2003). A través de esta inervación del NSA, el

sistema nervioso ejerce un control sobre la frecuencia de latido. Los agonistas

simpáticos, por mediación de los receptores -adrenérgicos, y los agonistas

parasimpáticos, por mediación de receptores muscarínicos, modifican la

frecuencia cardiaca a través de cambios en la pendiente de la fase 4, también

conocida como despolarización diastólica espontánea (DDE). Los agonistas -

adrenérgicos como el Isoproterenol (Iso) incrementan la pendiente de la DDE;

este incremento en la velocidad de despolarización hace que se alcance el umbral

de disparo en un tiempo menor y se genere un nuevo PA, lo que implica un

incremento en la frecuencia. Por el contrario, los agonistas muscarínicos como la

ACh reducen la pendiente de la DDE incrementando la duración del intervalo

entre potenciales de acción y reduciendo la frecuencia cardiaca (Figura 7A).

Se tienen evidencias de la participación de If en la generación de la DDE en

el NSA de conejo. Sin embargo, el papel que desempeña la If durante la fase de

despolarización diastólica espontánea en otras especies aún está en discusión.

Por un lado, debido a que el bloqueo total de esta corriente por el Cs+ no cesa la

actividad espontánea de los miocitos marcapaso (Denyer y Brown, 1990a);

además, los miocitos del NSA de conejo y de cobayo expresan la corriente If,

mientras que en el nodo de rata no siempre es registrada y, sin embargo, los

miocitos que no muestran esta corriente, presentan actividad espontánea

(Shinagawa et al., 2000).

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Figura 7. La If interviene en la modulación cronotrópica de la actividad marcapaso por

transmisores autonómicos. (A), registro de los PA espontáneos en dos miocitos aislados del NSA

en condiciones control y perfundidos con Iso 0.3 μM (Izq.) o ACh 0.3 μM (Der.). (B) Registros de la

If obtenidos durante hiperpolarizaciones a -85 mV desde un potencial de mantenimiento de -35

mV, en dos miocitos diferentes: en condiciones control y durante perfusión con Iso 0.3 μM (Izq.) o

ACh 0.3 μM (Der.) Modificada de DiFrancesco, (2003).

En el ratón, las propiedades de la If se asemejan a aquella registrada en

conejo (Denyer y Brown, 1990a, b; Mangoni y Nargeot, 2001). La If no se expresa

comúnmente en miocitos del NSA de mono y de rata, y aún así presentan

actividad espontánea (Satoh, 2003). Estos resultados sugieren que la If no es

esencial para la actividad marcapaso, por lo tanto, el papel de esta corriente

parece ser el de modular la frecuencia y no el de generar la despolarización

marcapaso como tal, aunque los miocitos que no presentan actividad espontánea,

no exhiben la If.

DiFrancesco, (2003) reportó que dosis bajas de ACh inhiben la If

presentándose una bradicardia sin afectar la IKACh; y que un incremento en la

conductancia de K+ es obtenido solamente con aumentos en las concentraciones

de ACh. Estudios similares realizados por DiFrancesco y Tromba (1988a, b) ya

habían observado que la ACh inhibía la If en miocitos del NSA, por un mecanismo

que involucraba la inhibición de adenilato ciclasa, la disminución de la producción

de AMPc y un corrimiento de la curva de activación de If a voltajes más negativos.

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También habían concluido que la acción de la ACh sobre la If era mediada por

receptores muscarínicos y bloqueada por atropina.

La 4-AP ha sido utilizada ampliamente por electrofisiólogos y farmacólogos

como una herramienta farmacológica para estudiar la corriente de potasio

transitoria de salida, Ito (Tseng y Hoffman, 1989; Boyle y Nerbonne, 1992; Boyett

et al., 1998). Sin embargo, muchos de los autores han considerado a la 4-AP

como un bloqueador selectivo de las corrientes Ito e IKur (rectificador tardío ultra

rápido), en diferentes preparaciones cardiacas como NSA y miocitos ventriculares

(Boyett et al., 1998; Banyasz et al., 2007; Sridhar et al., 2007), sin tomar en

cuenta algunos reportes que han sugerido que la 4-AP bloquea la corriente

rectificadora tardía rápida, IKr (Elizalde et al., 1999; Ridley et al., 2003). Además,

en diferentes estudios se ha sugerido y mostrado evidencias que la 4-AP es

capaz de producir la liberación de neurotransmisores simpáticos (noradrenalina) y

parasimpáticos (ACh) en preparaciones aisladas de tejidos cardiacos y no

cardiacos. (Yanagisawa et al., 1978; Glover, 1981; Furukawa et al., 1985).

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PRIMERA HIPÓTESIS

La disminución de la frecuencia de disparo del NSA ocasionada por el

agonista, pilocarpina, es provocada por la activación del canal KACh y por la

inhibición de If, como resultado de la interacción voltaje dependiente de este

agonista con el receptor muscarínico M2, en forma similar a como lo hace el

neurotransmisor fisiológico, la ACh.

SEGUNDA HIPÓTESIS

La 4-aminopiridina (4-AP) produce efectos electrofisiológicos complejos y

diferentes sobre los potenciales de acción espontáneos registrados en

preparaciones multicelulares del NSA de conejo. Estos efectos son debidos a que

en los miocitos del NSA la 4-AP, además del conocido efecto bloqueador de la

corriente de potasio, Ito, también produce bloqueo de las corrientes rectificadoras

tardías, IKr e IKs, y activación de IKACh. Además, produce una liberación del

neurotransmisor noradrenalina en preparaciones multicelulares aisladas del NSA.

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OBJETIVOS GENERALES

I. Examinar los efectos de la pilocarpina sobre la actividad eléctrica espontánea

en preparaciones multicelulares del NSA de conejo.

II. Determinar en miocitos aislados del NSA los mecanismos iónicos involucrados

en los efectos de la pilocarpina sobre el potencial de acción del NSA de conejo.

III. Examinar los efectos de la 4-AP sobre la actividad eléctrica espontánea en

preparaciones multicelulares del NSA de conejo.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Caracterizar los efectos electrofisiológicos de la pilocarpina sobre los diferentes

parámetros de los potenciales de acción espontáneos registrados en

preparaciones multicelulares de la región central del NSA de conejo. Los

parámetros del potencial de acción a estudiar son: la frecuencia de disparo, el

potencial diastólico máximo, la velocidad máxima de despolarización, la amplitud

del sobretiro (overshoot), la amplitud del potencial de acción y su duración.

2. Determinar los mecanismos iónicos del potencial de acción que permitan

explicar los efectos electrofisiológicos de la pilocarpina sobre el NSA de conejo.

3. Caracterizar los efectos electrofisiológicos de la 4-AP sobre los diferentes

parámetros de los potenciales de acción espontáneos registrados en

preparaciones multicelulares de la región central y periférica del NSA de conejo.

Los parámetros del potencial de acción a estudiar son: la frecuencia de disparo, el

potencial diastólico máximo, la velocidad máxima de despolarización, la amplitud

del sobretiro (overshoot), la amplitud y la duración.

4. Determinar la probable participación de la liberación de noradrenalina por la 4-

AP en sus efectos sobre la actividad espontánea del NSA.

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MATERIALES Y MÉTODOS

Se trabajó con conejos Nueva Zelanda blancos, de sexo indistinto, de 1.5 a

2.5 Kg de peso vivo.

Procedimiento para disecar el nodo senoauricular de conejo.

A los animales se les administró heparina 10 mg/kg vía intraperitoneal (IP);

15 min después se indujo anestesia general con pentobarbital sódico a una dosis

de 45 mg/kg vía IP. Una vez anestesiados, se procedió a abrir el tórax, el corte se

realizó a nivel de las uniones costocondrales (incluyendo el esternón). Cuando el

corazón estuvo expuesto, fue extraído con cortes rápidos y precisos e

inmediatamente se introdujo en un vaso de precipitado con solución Tyrode

(temperatura ~ 4°C) previamente burbujeada con una mezcla de 95% CO2, 5% O2

(carbógeno). Para eliminar la mayor cantidad posible de sangre remanente de las

cavidades auriculares y ventriculares se le dieron ligeros masajes.

El corazón fue transferido a una cámara que contenía solución Tyrode, esta

vez a temperatura ambiente, donde se procedió con la disección del NSA. A

grandes rasgos, los ventrículos fueron separados del resto del tejido cardiaco por

un corte a lo largo del septum aurículo-ventricular. Un corte longitudinal desde la

región inferior y a lo largo del septum inter-auricular hasta la región superior de la

vena cava, nos permitió exponer a simple vista la superficie endocárdica del tejido

nodal. Por último, el NSA fue disecado cuidadosamente de la crista terminalis

(adyacente a la aurícula derecha) y del septum inter-auricular.

El NSA fue dividido en 4 tiras de tejido nodal de 0.3 a 0.4 mm de ancho y 3

a 4 mm de largo; realizando cortes en dirección perpendicular a la crista terminalis

(Figura 8A) ubicando siempre la región central del NSA. Las tiras se numeraron

del 1 al 4 en dirección cráneo-caudal, donde la tira 1 es la más próxima a la región

craneal del NSA, mientras que la tira 4 se ubica en la región caudal (Figura 8A y

B). Cada una de las tiras fue anudada utilizando hilo de seda 7 ceros con el fin de

obtener pequeñas preparaciones con segmentos aislados de ~0.35 mm x 0.35

mm identificados como A, B, C, D y E en dirección latero-medial. Los segmentos

A y B fueron los más próximos a la crista terminalis ubicándose en la periferia del

NSA. Los segmentos D y E fueron distantes a la crista terminalis, ubicándose en

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la región central del nodo (Figura 8B). Los segmentos C fueron típicamente de la

región de transición entre la periferia y el centro del tejido nodal.

Figura 8. Diagrama de una preparación de NSA para registros multicelulares de potenciales de

acción espontáneos con la técnica de microelectrodos. A, localización del NSA respecto a la

aurícula derecha (AD), el septum inter-auricular y las regiones superior e inferior de la vena cava.

En B, podemos ver con mayor detalle el arreglo de una preparación multicelular de NSA disecado,

señalando las regiones central (recuadros sombreados) y periférica del tejido nodal. Un trazo

representativo de un potencial de acción marcapaso donde se señalan: a) el potencial diastólico

máximo (PDM); b) la velocidad de despolarización diastólica (dV/dTmáx); c) la velocidad máxima de

despolarización o disparo (Vmáx); d) La frecuencia de los disparos (F) en función de la longitud del

ciclo (LC); y la amplitud del potencial de acción (e), puede observarse en C. Modificada de Boyett

et al., (1998).

La preparación utilizada fue colocada en una cámara de registro con

capacidad de 3 mL fijándose al fondo con alfileres entomológicos y cuidando que

la superficie del endocardio esté orientada hacia arriba. El tejido nodal fue

perfundido constantemente con solución Tyrode a una velocidad de 2-3 mL/ min,

con la ayuda de un intercambiador de calor, la temperatura de la solución en la

cámara se mantuvo constante durante los registros (~35°C), debido a que

variaciones en la misma se reflejan en la frecuencia de disparo de los potenciales

espontáneos.

Registros de potenciales de acción.

En estas preparaciones, se realizaron registros de potenciales de acción

espontáneos característicos de la región central y en algunos casos de la periferia

del NSA. Los registros se realizaron con la técnica convencional de dos

microelectrodos; utilizando microelectrodos de vidrio con una resistencia entre 25-

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30 MΩ una vez llenos con solución KCl 3M (solución interna de registro). Los

microelectrodos fueron conectados a la entrada de un amplificador de alta

impedancia modelo 750 WPI. Para su análisis, los potenciales se digitalizaron y

se almacenaron en una computadora personal, con una velocidad de muestreo de

3 KHz mediante el uso de una interfase Digidata 1200. Para la adquisición de

datos se uso el software Axoscope 9.2. La composición de la solución Tyrode

(solución externa de registro) fue la siguiente (mM): NaCl 118, KCl 5.4, NaHCO3

24, MgCl2 1.05, NaH2PO4 0.42, CaCl2 1.8 y glucosa 11. La solución Tyrode fue

burbujeada con carbógeno para ajustar el pH a 7.4.

Los efectos de la pilocarpina y la 4-aminopiridina fueron evaluados sobre el

potencial diastólico máximo (PDM); la velocidad de despolarización diastólica

(dV/dtMáx.); la velocidad máxima de despolarización (VMáx.); la amplitud del

potencial de acción (Amp); la duración del potencial de acción al 50% de su

repolarización (DPA50) y la frecuencia de los disparos espontáneos (F) como

función de la longitud del ciclo marcapaso (LC) respecto al tiempo (Figura 8C).

Los efectos de la pilocarpina 3, 10 y 30 μM sobre la actividad espontánea

de la región central del NSA fueron evaluados en condiciones control, en

presencia de Cs+ 2 mM, en presencia de atropina 1µM y en presencia de

tertiapina Q 300 nM. Los registros con la 4-AP 5 mM se realizaron tanto en

segmentos de la región central como periférica del tejido nodal, en conejos

reserpinizados (en condiciones control y en presencia de isoproterenol 1, 3 y 10

nM) y no reserpinizados (en presencia de atropina 1 μM y propranolol 1 μM).

Durante los registros fue importante verificar los tiempos de exposición a cada

uno de estos compuestos, la temperatura durante el registro y los tiempos de

lavado. Nuestros resultados son presentados como media ± error estándar para el

número de registros indicados. El análisis estadístico se hizo con un análisis de

varianza y la prueba de Dunnet, considerando significativa una p≤ 0.05.

Dispersión de miocitos del NSA de conejo.

Los miocitos del NSA de corazón de conejo fueron aislados de acuerdo al

procedimiento experimental descrito por Sánchez-Chapula y Torres-Jácome,

(ensayo experimental no publicado, transmitido en comunicación directa). Al igual

que para los registros de potenciales de acción espontáneos en preparaciones

multicelulares del NSA, se utilizaron conejos Nueva Zelanda blancos en el mismo

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rango de peso. Se realizó el mismo procedimiento quirúrgico y de anestesia para

la extracción del corazón. Dicho órgano se recibió en un vaso de precipitado de

100 mL con solución Tyrode a una temperatura de 4°C, se depositó en un

recipiente adecuado para limpiarlo de tejidos remanentes como pulmón, tráquea,

tejido conectivo y adiposo, dejándolo solo con sus vasos sanguíneos principales,

cuidando que la aorta fuera visible y suficiente para colocar el corazón a un

sistema de perfusión retrógrada tipo Langendorff.

El corazón fue perfundido durante 8 a 10 min con solución Tyrode a 35-36

°C para eliminar los restos de sangre en el tejido cardiaco. La solución Tyrode

contenía (mM): NaCl 118, KCl 5.4, CaCl2 1.8, MgCl2 1.05, NaHCO3 24, NaH2PO4

0.42, taurina 10 y glucosa 11. Esta solución fue saturada con carbógeno para

alcanzar un pH de 7.4. Este procedimiento fue seguido por la perfusión del

corazón con solución Tyrode sin Ca2+ durante 6 a 8 min (el tiempo variará

dependiendo el grado de relajación del tejido cardiaco). La composición de la

solución Tyrode sin Ca2+ fue la misma de la solución Tyrode sólo que sin agregar

CaCl2. Transcurrido este tiempo, el corazón fue perfundido con solución Tyrode

sin Ca2+ adicionada con colagenasa 8mg/30 mL (tipo I de Sigma-Aldrich) durante

5 a 7 min para agregar después proteasa 1 mg/90 mL (tipo XIV de Sigma-Aldrich)

a esta misma solución y continuar la perfusión durante 5 a 8 min más. La enzima

perfundida fue recirculada con una bomba y mantenida a 36 0.5 °C.

Después de la digestión enzimática inicial, el corazón fue lavado por 3 a 5

min con solución de almacenamiento (solución Kraftbrϋhe modificada) para

neutralizar la enzima. La solución de almacenamiento estaba compuesta como

sigue (mM): taurina 20, ác, glutámico 80, creatina 0.5, ác. succínico 10, glucosa

10, KH2PO4 10, MgSO4 5, KCl 40, HEPES 10, EGTA 0.2, ajustando el pH a 7.4

con KOH y burbujeando con O2.

Al final, el corazón fue retirado del sistema de perfusión retrógrada tipo

Langendorff y conservado en esta solución (Kraftbrϋhe modificada) para la

disección del NSA. El procedimiento de disección fue el mismo descrito para los

experimentos realizados en preparaciones multicelulares. La porción de tejido

nodal correspondiente a la región central del NSA (señalada como D y E en la

Figura 8B), fue disecada y colocada en 5 mL de medio de digestión constituido

por solución Tyrode sin Ca2+ al cual se agregaron colagenasa 8 mg/30 mL y

elastasa 2 mg/5 mL (tipo II-A de Sigma-Aldrich) incubado en un calentador

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multiblock a una temperatura de 36 0.5 °C. El medio de digestión fue

burbujeado constantemente con carbógeno. Cada 3 a 5 min, el NSA fue retirado

del medio de digestión y colocado en solución de almacenamiento para ser

sometido a dispersión mecánica. La dispersión fue observada al microscopio con

el fin de determinar el mejor tiempo para detener la digestión enzimática. Los

miocitos aislados, fueron conservados en solución de almacenamiento a ~4°C

hasta el momento de su registro.

Registro de corrientes iónicas en miocitos aislados del NSA de conejo.

Los registros en miocitos aislados se hicieron usando un amplificador

Axopatch 200B (Axon Instruments Co.). Los protocolos de fijación de corriente y

voltaje, la adquisición de datos y análisis de los mismos se realizó usando una

computadora personal (Compaq, Pentium IV), utilizando una tarjeta digitalizadora

Digidata 1322A (Axon Instruments) y los programas de adquisición y análisis

pClamp 9.0 (Axon instruments) y Origin 7.0. Las micropipetas para registro se

prepararon a partir de capilares de borosilicato con un diámetro externo de 1.5

mm e interno de 1.12 mm (World Precision Instruments, Inc.), usando un estirador

horizontal de micropipetas modelo P-97 (Sutter Instruments).

Las micropipetas, mostraron resistencias de 2-3 M al llenarse con

solución interna. La solución interna de registro estaba compuesta como sigue

(mM): L-aspartato 80, KH2PO4 10, MgSO4 1, KCl 40, HEPES 5, EGTA 10, GTP-

Na 0.2, ATP-Na2 3, adicionado con fosfocreatina 5. El pH fue ajustado a 7.25 con

KOH. Los registros se realizaron a 36.5 0.5 °C. En nuestros registros, la

capacitancia de la membrana (Cm) se calculó utilizando la ecuación Cm = Q / V,

donde Q es el movimiento de carga total que fue determinada integrando el área

del transciende capacitivo generado en respuesta a un cambio de voltaje de -10

mV, desde un potencial de mantenimiento de 0 mV. La capacitancia de la

membrana (Cm) y la resistencia en serie fueron compensadas para disminuir al

máximo los transientes capacitivos. Para reducir el error en la medición del

voltaje, la resistencia en serie fue compensada rutinariamente al menos un 80 %.

Las corrientes registradas fueron filtradas con un filtro pasabajas a 1 Hz y fueron

capturadas a una frecuencia de 4 KHz, y almacenadas en el disco duro de la

computadora para su análisis.

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Para los registros, los miocitos aislados se colocaron en el interior de una

cámara de lucita con un volumen aproximado de 0.3 mL montada sobre la

plataforma de un microscopio invertido (Nikon, ECLIPSE, TE200). Después de un

tiempo de reposo aproximado de 10 min, los miocitos fueron perfundidos con

solución externa normal la cual estaba compuesta como sigue (mM): NaCl 136,

KCl 4, CaCl2 1.8, MgCl2 1, HEPES 10 y glucosa 11, ajustando el pH a 7.4 con

NaOH. En estas condiciones, se registró potenciales de acción espontáneos, en

modo de fijación de corriente en la configuración de célula completa.

Inmediatamente después de observar la actividad espontánea de los

miocitos, se cambió la solución de perfusión por solución Ca2+-Co2+ bajo para

registrar If y la corriente activada por pilocarpina, en el modo de fijación de voltaje.

La solución de registro Ca2+-Co2+ bajo tenía la siguiente composición (mM): NaCl

136, KCl 4, CaCl2 0.1, CoCl2 0.5, MgCl2 1, HEPES 10, y glucosa 11: el pH fue

ajustado a 7.4 con NaOH. Para determinar, en condiciones control, si los miocitos

expresaban la corriente marcapaso, If, aplicamos un pulso de prueba

hiperpolarizante a -100 mV de 2 s de duración.

Delimitar la dispersión de miocitos a la región donde previamente, en

preparaciones multicelulares registramos potenciales de acción centrales, no

garantizó únicamente la presencia de miocitos procedentes de esta región en

particular; por esta razón, en nuestros experimentos fueron utilizados aquellos

miocitos que como máximo de capacitancia de la membrana (Cm) tuvieran 50 pF

(comúnmente considerados como miocitos centrales), con características

morfológicas propias de los miocitos típicos previamente observados en el NSA

de conejo (miocitos alargados como espigas con un cuerpo celular delgado).

Además, estos miocitos debían expresar la corriente marcapaso, If, y mostrar la

actividad espontánea propia de los miocitos nodales.

Fármacos

El CsCl y la 4-AP (Sigma-Aldrich) se disolvieron directamente en las

soluciones de registro para obtener las concentraciones finales deseadas.

Después de disuelta la 4-AP (5 mM), el pH de la solución fue nuevamente

ajustado a 7.4 usando HCl al 10%. Soluciones stock (10 mM) de E-4031 (Eisai

Pharmaceutical Co.), atropina, pilocarpina y propranolol (Sigma-Aldrich) se

prepararon en agua y se almacenaron a -20°C. Alícuotas de estas soluciones

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fueron diluidas en las soluciones de registro para obtener las concentraciones

utilizadas en nuestros experimentos.

Las soluciones que contienen cromanol 293B (Sigma-Aldrich) fueron

preparadas en el momento diluyendo una solución madre 40 mM en dimetil-

sulfóxido (DMSO). La tertiapina Q (Tocris Bioscience) fue disuelta en agua a una

concentración de 300 μM, y almacenada a −20°C hasta su uso. La reserpina

(Sigma-Aldrich) fue utilizada a partir de una solución madre de 10 mg/mL en

dimetil-sulfóxido (DMSO).

Análisis estadístico.

Nuestros resultados son presentados como media ± error estándar para el

número de registros indicados (n). El análisis estadístico se hizo con un análisis

de varianza y la prueba de Dunnet. Un valor de p < 0.05 fue considerado

estadísticamente significativo.

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RESULTADOS

Efecto cronotrópico negativo de la pilocarpina sobre preparaciones

multicelulares centrales del NSA de conejo.

En la primera serie de experimentos, estudiamos los efectos de la

pilocarpina sobre los potenciales de acción espontáneos de preparaciones

multicelulares de la zona central del NSA (zonas 2D y E y 3E y D en la Figura 8).

Los registros de potenciales de acción se realizaron utilizando la técnica de

registro con microelectrodos. Cuando un empale fue estable, se registraron los

potenciales espontáneos en condiciones control (solución Tyrode), y después de

la exposición a 3, 10 y 30 µM de pilocarpina. Cada concentración fue administrada

durante 10 min, después de los cuales se lavó con solución control por 15 min

(tiempo suficiente para revertir los efectos de pilocarpina), administrando entonces

la siguiente concentración de pilocarpina. Los resultados que se utilizaron para el

análisis estadístico fueron aquellos en los cuales el mismo empale se mantuvo

estable durante el experimento completo.

En la Figura 9A se muestra un registro obtenido en condiciones control, y

también se muestran sobrepuestos los potenciales de acción registrados durante

un mismo empale en presencia de pilocarpina 3, 10 y 30 µM. La pilocarpina a una

concentración 3 µM produjo un aumento en la longitud del ciclo (LC), reflejada en

la disminución de la frecuencia de disparo, debido principalmente al aplanamiento

de la fase de despolarización diastólica. Pilocarpina 10 µM produjo, además, un

pequeño pero significativo aumento en el potencial diastólico máximo (PDM), sin

afectar significativamente la duración (DPA50) y la amplitud (Amp.) del PA. La

pilocarpina 30 µM produjo un aumento aún mayor en la LC, mayor incremento en

el PDM; disminución en la DPA50 y en el sobretiro (ST) (Figura 9A y Tabla 1).

Los efectos de pilocarpina sobre los PA espontáneos del NSA fueron

también estudiados en presencia del bloqueador de la corriente marcapaso, If,

cesio (Cs+), a una concentración de 2 mM. En la Figura 9B se muestran registros

de PA espontáneos en presencia de Cs+ como trazo control, mostrándose

también trazos sobrepuestos, durante el mismo empale, en presencia de

pilocarpina 3, 10 y 30 µM, respectivamente. Un resumen de los efectos de

pilocarpina a concentraciones 3, 10 y 30 µM, en presencia de Cs+, sobre los

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diferentes parámetros del PA es mostrado en la Tabla 1. Podemos observar que

los efectos de pilocarpina 3 – 30 µM, en presencia de Cs+, no fueron

significativamente modificados (Tabla 1 y Figura 10).

En la siguiente serie de experimentos, se estudiaron los efectos de la

pilocarpina, ahora en presencia del bloqueador específico de IKACh, tertiapina Q.

IKACh es activada por la estimulación de los receptores muscarínicos M2. En la

Figura 9C se mostraron registros sobrepuestos de los PA, registrados durante el

mismo empale, en presencia de tertiapina Q 300 nM (trazo control) y después de

administrar pilocarpina 3, 10 y 30 µM. Los efectos de pilocarpina 3, 10 y 30 µM

fueron significativamente atenuados por tertiapina Q (Figura 9C y Tabla 1).

Figura 9. Efectos de la pilocarpina (Pilo) sobre los potenciales de acción registrados en

preparaciones multicelulares de la región central de NSA de conejo. A, registros sobrepuestos de

potenciales de acción obtenidos en condiciones control y en presencia de Pilo 3, 10 y 30 μM. B,

registros obtenidos en presencia de 2 mM de Cesio (trazo control) y en presencia de 3 μM, 10 μM

y 30 μM de Pilo. C, potenciales de acción sobrepuestos, registrados en presencia de 300 nM de

tertiapina Q (control), y en presencia de Pilo 3 μM, 10 μM y 30 μM. D, registros obtenidos en

presencia de atropina 1 μM (trazo control) y en presencia de pilocarpina 30 μM.

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Los efectos producidos por la concentración más alta de pilocarpina

probada en nuestros experimentos (30 μM), fueron completamente inhibidos por

el antagonista inespecífico de receptores muscarínicos, atropina, a una

concentración de 1 µM (Figura 9D y Tabla 1).

Tabla 1. Efectos de la pilocarpina sobre los potenciales de acción registrados en la región central

de preparaciones multicelulares del NSA de conejo.

Pilocarpina (Pilo) 3, 10 y 30 µM; cesio (Cs) 2 mM; tertiapina Q (Tert Q) 300 nM. PDM = potencial

diastólico máximo; Amp. = amplitud del potencial de acción; D.MAX = derivada máxima (velocidad

de despolarización del potencial de acción); DPA50 = duración del potencial de acción al 50 % de

su repolarización; FC = frecuencia de disparo del potencial de acción. Datos mostrados como M.E.

E.E.; (n = número de experimentos). * Estadísticamente diferentes de su propio control, p ≤ 0.05.

Haciendo un pequeño resumen de los resultados hasta ahora obtenidos,

podemos decir que pilocarpina produce un efecto cronotrópico negativo sobre la

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actividad espontánea del NSA de conejo, acompañados de otras modificaciones

en diferentes parámetros del PA y que estos efectos son mediados por receptores

muscarínicos. El bloqueo de IKACh por tertiapina Q, inhibe significativamente los

efectos de la pilocarpina sobre la frecuencia de disparo de los potenciales de

acción, siendo más marcados los efectos a las concentraciones de 10 μM y 30 µM

(Figura 10 y Tabla 1).

Figura 10. Consecuencia del bloqueo de If (por Cs+ 2 mM), e IKACh (por tertiapina Q 300 nM) sobre

el efecto cronotrópico negativo producido por la pilocarpina sobre la actividad espontánea del NSA

de conejo. Para su comparación, los datos son graficados como valores normalizados al máximo

de frecuencia registrada en condiciones control para cada grupo experimental (n = 5).

La pilocarpina activa a IKACh en miocitos de NSA de conejo.

En esta serie de experimentos en miocitos de NSA, los registros se

realizaron en presencia del bloqueador de IKr, E-4031 (1 µM), del bloqueador de

IKs, cromanol 293B (50 µM) y del bloqueador de If, Cs+ (2 mM). Desde un potencial

de mantenimiento de -40 mV, se aplicaron pulsos de voltaje hiper y

despolarizantes entre -100 y +40 mV de 2 s de duración, registrando las

corrientes de cola a -40 mV. La Figura 11 muestra trazos de corriente obtenidos

antes de la administración de pilocarpina (Figura 11A, control) y en presencia de

pilocarpina, 3, 10 y 30 µM (Figura 11B, C y D respectivamente); en la Figura 11E

podemos ver la relación entre el voltaje aplicado y la corriente (pA/pF) activada

por pilocarpina (IPilo – IControl), medida al final del pulso, en miocitos de NSA de

conejo.

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Figura 11. Corriente activada por pilocarpina en miocitos aislados de NSA de conejo. Trazos

representativos de corrientes registradas en condiciones control (A) y en presencia del agonista

pilocarpina (Pilo) 3 (B), 10 (C) y 30 μM (D), donde puede verse la activación de una corriente de

una manera dependiente de voltaje y de concentración. La relación entre el voltaje y la corriente

activada por pilocarpina (3, 10 y 30 μM) se muestra en (E). Protocolo de pulsos de voltaje (inserto);

(n = 4).

Cuando se aplicaron pulsos hiperpolarizantes (entre -100 y -60 mV), la

pilocarpina activó una corriente de fondo, de una manera dependiente de la

concentración, y con un potencial de inversión entre -80 y -90 mV (Figura 11E).

Cuando los pulsos aplicados fueron despolarizantes (entre -20 y +40 mV),

pilocarpina activó una corriente saliente dependiente de tiempo y de voltaje: la

amplitud de la corriente activada y la velocidad de activación fueron mayores

cuanto más positivo fue el voltaje (Figura 11). El antagonista de receptores

muscarínicos, atropina (1 µM), abolió la corriente activada por la pilocarpina

(datos no mostrados de 4 experimentos).

En un trabajo previo de nuestro laboratorio, en miocitos de aurícula de

gato, se mostró que el betanecol, también agonista de receptores muscarínicos,

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induce corrientes de K+ similares a las activadas por pilocarpina. Estas corrientes

activadas por betanecol fueron completamente inhibidas por el bloqueador de

IKACh, tertiapina Q (Benavides-Haro et al., 2003).

Figura 12. Efecto de tertiapina Q (Tert Q) sobre la corriente activada por pilocarpina (Pilo) en

miocitos aislados de NSA de conejo. Trazos representativos obtenidos en condiciones control, en

presencia de pilocarpina 3 µM (A), 30 μM (B) y pilocarpina + tertiapina Q 300 nM (A y B). C,

resumen del efecto de la tertiapina Q (300 nM) sobre la corriente activada por 3, 10 y 30 μM de

Pilo de la corriente medida al final del pulso a +40 mV. (n = 4).

En la Figura 12, mostramos trazos de corriente registrados por la aplicación

de un pulso despolarizante a +40 mV, desde un potencial de mantenimiento de -

40 mV, de 2 s de duración, en condición control (en presencia de E-4031 1 µM y

cromanol 293B 50 µM), en presencia de pilocarpina 3 µM y 30 µM y en presencia

de pilocarpina + tertiapina Q 300 nM (Figura 12). Como se puede observar,

tertiapina Q bloqueó casi totalmente la corriente activada por pilocarpina 3, 10 y

30 µM. A pesar de que tertiapina Q no bloqueó completamente la corriente

activada por pilocarpina, nuestros resultados sugieren fuertemente que dicha

corriente es IKACh.

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Efecto de la pilocarpina sobre la corriente marcapaso, If, en miocitos de NSA

de conejo.

En los experimentos en los que se estudió el efecto de la pilocarpina sobre

If, se utilizó Ba2+ 1 mM en la solución de registro, con el fin de bloquear la IKACh

activada por pilocarpina. En la Figura 13A y B se muestran registros de If

registrada en miocitos de NSA. En estos experimentos se utilizó un sistema de

perfusión rápida que permite el cambio de solución en aproximadamente 100-200

ms (Doupnik et al., 2004). Desde un potencial de mantenimiento de -40 mV, se

aplicó primero un pulso hiperpolarizante de 2 s de duración a -80 mV, seguido de

otro pulso hiperpolarizante a -120 mV. El primer pulso a -80 mV activa

aproximadamente un 30 a 40 % de If, mientras que a -120 mV se alcanza la

activación completa de If. Primeramente, se registró la corriente en condición

control, y en seguida se administró la pilocarpina (3, 10 y 30 µM) durante 30 s,

para evaluar su efecto sobre If. Inmediatamente después, se lavó la pilocarpina y

los registros de lavado se tomaron 60 s después de iniciado el lavado. Las

corrientes mostradas en cada panel fueron registradas de miocitos diferentes. Los

resultados muestran que el efecto de la pilocarpina fue dependiente de la

concentración y que el efecto inhibitorio fue más evidente sobre la corriente

activada a -80 mV que a -120 mV.

Figura 13. Efecto de pilocarpina (Pilo) 3, 10 y 30 μM sobre la corriente marcapaso, If registrada en

miocitos de NSA de conejo con el protocolo de pulsos de voltaje inserto. Trazos representativos de

If en condiciones control y en presencia de pilocarpina 3 μM (A) y 30 μM (B). La disminución de If

por pilocarpina 3, 10 y 30 μM analizada a -80 y -120 mV se resume en C (n = 4).

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Los resultados obtenidos de cuatro miocitos diferentes para cada

concentración (3, 10 y 30 μM) se muestran resumidos en la Figura 13C. Estos

resultados sugieren que la pilocarpina actúa de manera similar a la ACh:

produciendo un corrimiento de la curva de activación de If hacia potenciales más

negativos.

Efecto de la 4-AP sobre los potenciales de acción espontáneos registrados

de preparaciones multicelulares de la región central del NSA de conejo.

De los resultados obtenidos en un trabajo previo acerca del efecto

bloqueador de 4-AP (5 mM) sobre IKr e IKs en NSA de conejo y gato (Aréchiga-

Figueroa et al., 2010), se planteó la posibilidad de que la 4-AP produzca efectos

similares a los que produce el E-4031, bloqueador específico de IKr, sobre los

potenciales de acción de NSA de conejo (Verheijck et al., 1995; Kodama et al.,

1999). De esta manera, en el presente trabajo, repetimos los experimentos

anteriormente citados y estudiamos los efectos de E-4031 sobre los potenciales

de acción de NSA de conejo. E-4031 (1 μM) produce una disminución en la

frecuencia (alargamiento de la longitud del ciclo, LC); un incremento en la

duración del potencial de acción (DPA); una despolarización significativa del

potencial diastólico máximo (PDM) y finalmente una abolición de la actividad

espontánea (Figura 14).

Figura 14. Efecto de E-4031 1 μM sobre potenciales de acción espontáneos registrados en la

región central de preparaciones multicelulares de NSA de conejo. Se muestran trazos

sobrepuestos de potenciales de acción registrados en condiciones control (trazo a), y después de

5 min (trazo b) y 9 min (trazo c) de haber aplicado E-4031 a la preparación. El efecto del bloqueo

de IKr es completamente reversible después de aproximadamente 30 min de lavado (trazo d). La

actividad espontánea cesó, manteniéndose el potencial de membrana en aproximadamente -32

mV.

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Ante la expectativa basada en los antecedentes respecto al bloqueo de IKr

sobre la actividad espontánea del NSA y en los datos de la Figura 14, en la

siguiente serie de experimentos se estudió el efecto de 4-AP (5 mM) sobre los

potenciales de acción de preparaciones multicelulares de la región central de NSA

de conejo (zonas 2D y E y 3E y D de la Figura 8), utilizando el método tradicional

de registro con microelectrodos. Cuando se consiguió un empale estable, se

registraron los potenciales de acción en condiciones control y después de la

aplicación de 4-AP durante 40 min. El efecto de la 4-AP fue completamente

reversible después de 60 min de lavado (datos no mostrados). En la Figura 15A

se muestra un registro obtenido en condiciones control, y en presencia de 4-AP

durante el mismo empale. Los resultados obtenidos de 5 experimentos son

resumidos en la Tabla 2. Se encontró un efecto muy similar al reportado

previamente por Kodama et al. (1999): la 4-AP produjo un aumento significativo

en el sobretiro del potencial de acción, debido al bloqueo de Ito, y también produjo

un aumento en la frecuencia de disparo. Por otro lado, la 4-AP no provocó

cambios significativos en la duración del potencial de acción (DPA50) ni en el

potencial diastólico máximo (PDM).

Ya que previamente fue mostrado que la 4-AP activa IKACh a través de

receptores muscarínicos en miocitos auriculares de gato (Navarro-Polanco y

Sánchez-Chapula, 1997) y en miocitos de NSA de conejo y gato (Aréchiga-

Figueroa et al., 2010), en el presente trabajo se estudió el efecto de 4-AP sobre

los potenciales de acción espontáneos de NSA de conejo, evitando la activación

de IKACh, para lo cual la 4-AP fue administrada en presencia del antagonista de

receptores muscarínicos, atropina 1 µM (trazo control). En estas condiciones, la 4-

AP produjo una disminución del PDM, sin embargo sus efectos no fueron

estadísticamente diferentes a los obtenidos en ausencia de atropina (Figura 15B,

Tabla 2).

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Figura 15. Efectos de la 4-AP (5 mM) sobre potenciales de acción espontáneos registrados en la

región central de preparaciones multicelulares de NSA de conejo. A, potenciales de acción

sobrepuestos registrados en una preparación multicelular de conejo no reserpinizado, bajo

condiciones control y 40 min después de la adición de 4-AP. B, registros obtenidos de una

preparación de conejo no reserpinizado, en presencia de atropina 1 μM (trazo control), y 40 min

después de la adición de 4-AP (4-AP). C, potenciales de acción registrados en una preparación de

conejo no reserpinizado, en presencia de propranolol 1 μM (trazo control), y después de 5 min (4-

AP 5„) y 12 min (4-AP 12„) de la adición de 4-AP. D, registros de una preparación de conejo

reserpinizado, obtenido bajo condiciones control (trazo control) y después de 5 min (4-AP 5„) y 15

min (4-AP 15„) de la adición de 4-AP. E, Registros obtenidos en una preparación de conejo

reserpinizado, en presencia de 4-AP, y 10 min después de la adición de isoproterenol 1 nM (Iso), 3

nM y 10 nM.

En la siguiente serie de experimentos, se estudió el efecto de la 4-AP en

presencia de propranolol (1 μM), bloqueador de receptores -adrenérgicos. En

estas condiciones experimentales, los efectos de la 4-AP fueron

significativamente diferentes de los encontrados en ausencia del antagonista de

receptores -adrenérgicos (Figura 15C y Tabla 2). Los efectos se desarrollaron

con un curso temporal lento, la 4-AP produjo una disminución marcada del

potencial diastólico máximo y un pronunciado aumento de la duración del

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potencial de acción. En 6 de 10 experimentos, la 4-AP produjo la abolición de la

actividad espontánea despolarizando el potencial de membrana, hasta un

potencial entre -15 y -30 mV. Una probable explicación para estos efectos es que

la 4-AP pudiera producir la liberación de noradrenalina de las terminales

simpáticas del NSA y que, a través de la estimulación de receptores -

adrenérgicos, estuviera enmascarando los efectos bloqueadores de la 4-AP sobre

IKr e IKs. De tal manera que, cuando los receptores -adrenérgicos son

antagonizados, ahora sí se observa el efecto bloqueador de 4-AP sobre canales

de potasio.

Tabla 2. Efectos de la 4-AP sobre potenciales de acción registrados en la región central de

preparaciones multicelulares de NSA de conejos reserpinizados y no reserpinizados.

Las drogas utilizadas fueron 4-aminopiridina (4-AP), 5 mM; atropina, 1 µM; propranolol, 1 µM.

PDM = potencial diastólico máximo; ST = sobretiro; Amp. = amplitud del potencial de acción;

DPA50 = duración del potencial de acción al 50 % de su repolarización; LC = longitud del ciclo

entre potenciales de acción. Datos mostrados como M.E. E.E.; número de experimentos (n). *

Estadísticamente diferentes de su propio control, p ≤ 0.05. ** Estadísticamente diferentes de 4-AP

aplicada sola, p ≤ 0.05.

Con el fin de probar esta hipótesis, en la siguiente serie de experimentos

utilizamos preparaciones de NSA de conejo obtenidas de animales que fueron

reserpinizados 22-24 h antes de ser sacrificados. Como se ha reportado, la

reserpina produce una depleción de neurotransmisores de las terminales

simpáticas (Muscholl y Vogt, 1957; Burn y Rand, 1958). Bajo estas condiciones

experimentales, la 4-AP produjo efectos similares a los obtenidos en presencia de

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propranolol (Figura 15D y Tabla 2): la 4-AP disminuyó el PDM, aumentó la

duración del potencial de acción y, en 7 de 11 experimentos, abolió la actividad

espontánea. Los efectos fueron completamente reversibles después de 60 min de

lavado de la 4-AP. La Figura 15E muestra los efectos de la 4-AP sobre la

actividad espontánea de una preparación obtenida de un animal reserpinizado;

después de 12 min, la 4-AP produjo despolarización de la preparación y cese de

la actividad espontánea. Posteriormente, en presencia de la 4-AP, se aplicó el

agonista específico de receptores -adrenérgicos, isoproterenol (Iso) a

concentraciones 1, 3 y 10 nM. De una manera dependiente de la concentración,

isoproterenol produjo hiperpolarización del potencial de membrana, con

recuperación de la actividad espontánea, disminución de la duración del potencial

de acción y aumento de la frecuencia de disparo (Figura 15E). Estos resultados

sugieren que nuestra hipótesis es acertada y que la liberación de noradrenalina si

se produce de las terminales simpáticas del NSA en animales no reserpinizados.

Efecto de la 4-AP sobre los potenciales de acción espontáneos registrados

de preparaciones multicelulares de la región periférica de NSA de conejo.

En trabajos previos del grupo de Boyett y Kodama, se han mostrado

evidencias de que las regiones periféricas de preparaciones de NSA de conejo

son más resistentes a la despolarización inducida por el bloqueador de IKr, E-

4031. En esta serie de experimentos, estudiamos el efecto de la 4-AP sobre la

actividad espontánea de preparaciones periféricas de NSA (región craneal,

cercana a la vena cava superior, zonas 1D y E en la Figura 8), obtenidas de

animales reserpinizados y no reserpinizados. La Figura 16A muestra registros

obtenidos en condiciones control y en presencia de 4-AP en una preparación de

conejo no reserpinizado. La 4-AP produjo un aumento significativo en la duración

del potencial de acción, en el sobretiro y en la frecuencia de disparo, mientras que

el potencial diastólico máximo no se afecto significativamente (Tabla 3). El efecto

de la 4-AP fue completamente reversible. Cuando la 4-AP fue aplicada en

presencia del bloqueador de receptores -adrenérgicos, propranolol (Figura 16B),

la 4-AP produjo una disminución significativa del PDM y un mayor incremento en

la DPA, comparando la frecuencia de disparo en presencia de propanolol 1 μM

con el control no hubo diferencia significativa. En ninguno de los experimentos la

4-AP produjo abolición de la actividad espontánea.

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Figura 16. Efectos de la 4-AP (5 mM) sobre potenciales de acción registrados en preparaciones

multicelulares de la región periférica de NSA de conejo. A, potenciales de acción sobrepuestos

registrados en una preparación de conejo no reserpinizado, obtenido bajo condiciones control y

después de 40 min de exposición a 5 mM de 4-AP. B, potenciales de acción registrados en una

preparación de conejo no reserpinizado, en presencia de propranolol 1 μM (trazo control) y 40 min

después de la adición de 4-AP 5 mM. C, registros de una preparación multicelular de conejo

reserpinizado, obtenido bajo condiciones control y 40 min después de la adición de 5 mM de 4-AP.

En la última serie de experimentos se estudió el efecto de 4-AP en

preparaciones periféricas del NSA, obtenidas de animales reserpinizados. En

estas condiciones, los efectos que produjo la 4-AP fueron similares a los

obtenidos en preparaciones de animales no reserpinizados en presencia de

propranolol (Figura 16C, tabla 3). Estos resultados muestran que las

preparaciones obtenidas de regiones periféricas del NSA de conejo, son más

resistentes a los efectos de la abolición de la actividad espontánea que produce la

4-AP en la región central del NSA.

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Tabla 3. Efectos de la 4-AP sobre potenciales de acción registrados en la región periférica de

preparaciones multicelulares del NSA de conejo reserpinizados y no reserpinizados.

Los fármacos utilizados fueron 4-aminopiridina (4-AP), 5 mM; atropina, 1 µM; propranolol, 1 µM.

PDM = potencial diastólico máximo; ST = sobretiro; Amp. = amplitud del potencial de acción;

DPA50 = duración del potencial de acción al 50 % de su repolarización; LC = longitud del ciclo

entre potenciales de acción. * Estadísticamente diferentes de su propio control, p ≤ 0.05. **

Estadísticamente diferentes de 4-AP aplicada sola, p ≤ 0.05.

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DISCUSIÓN

Efecto cronotrópico negativo de la pilocarpina en NSA de conejo.

En el presente trabajo, hemos encontrado que el agonista de receptores

muscarínicos, pilocarpina, produjo un efecto cronotrópico negativo en

preparaciones multicelulares de la zona central de NSA de conejo. Los efectos

producidos por la pilocarpina sobre los diferentes parámetros del potencial de

acción fueron similares a los producidos por otros agonistas muscarínicos, como

el carbacol, en la misma preparación (Lyashkov et al., 2009). La pilocarpina, de

una manera dependiente de la concentración, produjo un aumento en la longitud

del ciclo (disminución en la frecuencia de disparo) y en el potencial diastólico

máximo, y disminuyó la duración y el sobretiro del potencial de acción. Estos

efectos fueron significativamente atenuados por el bloqueador de IKACh, tertiapina

Q. El bloqueador de If, Cs+, no modificó significativamente los efectos de la

pilocarpina.

En miocitos de NSA de conejo, la pilocarpina produjo efectos similares a

los producidos por el agonista fisiológico, acetilcolina, en esta misma preparación:

activó IKACh e inhibió la corriente marcapaso, If. Sin embargo, el efecto de

activación de IKACh fue dependiente de voltaje, mostrando mayor activación a

potenciales más positivos. Otro hallazgo experimental que debemos enfatizar, es

que la tertiapina Q, a la concentración administrada (300 nM), atenuó

significativamente (~ 80%) la IKACh activada por la pilocarpina, aunque no la abolió

del todo.

La regulación parasimpática del automatismo cardiaco es mediada por la

acetilcolina liberada de las terminales nerviosas vagales, a través de receptores

muscarínicos M2. Los mecanismos iónicos y de señalización que subyacen a la

activación de los receptores M2 y la regulación cardiaca, son aún controversiales.

Ambos, la hiperpolarización del potencial diastólico máximo y la disminución de la

pendiente de la despolarización diastólica espontánea, son observadas cuando la

regulación muscarínica de la actividad de marcapaso es estudiada en miocitos

aislados de NSA que exhiben actividad espontánea. De hecho, en miocitos de

NSA de conejo, la acetilcolina (1 µM) hiperpolariza el PDM y eventualmente cesa

la actividad de marcapaso, debido a la activación de IKACh (DiFrancesco et al.,

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1989; Vinogradova et al., 1998). En contraste, concentraciones bajas de

acetilcolina (1 – 10 nM) enlentecen la actividad de marcapaso al disminuir la

pendiente de la despolarización diastólica, sin producir otros cambios en los otros

parámetros del potencial de acción. Esto es porque la unión de la acetilcolina a

los receptores muscarínicos activa diferentes vías de señalización en los miocitos

del marcapaso. Estas vías involucran una activación directa de los canales KACh,

una regulación negativa en la producción de AMPc y una regulación positiva en la

hidrólisis de AMPc. Los receptores muscarínicos M2 activan la subunidad de la

proteína Gi/o, la cual se acopla negativamente a la actividad de adenilato ciclasa

(Levitzki, 1986; Schimerlik, 1989). La regulación negativa de AMPc puede afectar

la actividad de canales iónicos dependientes de voltaje involucrados en la

actividad de marcapaso y revertir el proceso de señalización involucrado en la

estimulación simpática de la frecuencia cardiaca. Además, la activación de las

subunidades de la proteína Gi/o produce directamente la apertura de los

canales KACh (Wickman et al., 1994; Wickman y Clapham, 1995).

Como ya se mencionó anteriormente, existe mucha controversia sobre el

mecanismo del efecto cronotrópico negativo provocado por bajas concentraciones

de acetilcolina. DiFrancesco et al. (1989) han estudiado la sensibilidad relativa a

la acetilcolina de If e IKACh en miocitos de NSA de conejo. Estos autores han

comparado la dependencia de concentración del corrimiento que produce la

acetilcolina sobre la curva de activación de If, la activación de IKACh, y el

enlentecimiento de la actividad de marcapaso. En ese estudio, concentraciones

bajas de acetilcolina corrieron significativamente la curva de activación de If y

disminuyeron la frecuencia de disparo, en un rango de concentraciones que

supuestamente no afectó IKACh. Utilizando un razonamiento similar, se ha

comparado la sensibilidad de ICaL e If a la acetilcolina (Zaza et al., 1996). Estos

autores encontraron que la sensibilidad de If, a concentraciones bajas del

neurotransmisor, era mayor que la de ICaL. Sin embargo, cuando se estudia el

efecto de la acetilcolina sobre la actividad automática de miocitos de NSA de

conejo en presencia de bloqueadores de If, como Cs+ y zatebradina, no se abolen

los efectos de la acetilcolina sobre el NSA (Boyett et al., 1995). Por otro lado, el

Ba2+, un bloqueador inespecífico de IKACh, sí reduce significativamente el efecto

cronotrópico negativo de la acetilcolina. En estudios in silico, Boyett et al. (1995)

han sugerido que el enlentecimiento de la frecuencia de disparo producido por la

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acetilcolina sobre el NSA de conejo es primariamente debido a la activación de

IKACh.

Recientemente, ha surgido una nueva hipótesis para explicar los efectos de

los agonistas muscarínicos sobre la actividad espontánea y rítmica del NSA de

conejo. Lyashkov et al. (2009) proponen que el reciclaje de calcio (liberación y

recaptura) por el retículo sarcoplásmico, llamado “reloj de calcio” en el NSA de

conejo, genera una liberación local de calcio rítmica y espontánea que es

dependiente de la adenilato ciclasa (AC) y de la proteína cinasa A (PCA). Esta

liberación local de calcio activa al intercambiador Na+-Ca2+, el cual genera una

corriente transmembrana, con entrada de calcio que a su vez activa otras

corrientes iónicas como ICaL e If (“reloj de membrana”). Estas acciones

concertadas modularían la actividad rítmica y espontánea del NSA, la cual

depende de la activación de proteínas Gi/o, acopladas a la AC y PCA y a la

activación de IKACh. De acuerdo a estos autores, el carbacol (CCh), no produce

activación evidente de IKACh a bajas concentraciones, y su efecto cronotrópico

negativo ha sido atribuido principalmente a la inhibición en la señalización de

Ca2+, inducido por la disminución del AMPc y la consecuente disminución de la

actividad de PCA. Sin embargo, a concentraciones altas de CCh, tanto, la

inhibición de AC-PCA como la activación de IKACh serían responsables del efecto

cronotrópico negativo. Estos autores también encuentran evidencias que les

permiten proponer que el efecto de CCh sobre If no participa en el efecto

cronotrópico negativo (Lyashkov et al., 2009).

Nuestros datos de los experimentos registrando los potenciales de acción

espontáneos en preparaciones multicelulares y de los experimentos de fijación de

voltaje en miocitos aislados, sugieren que los efectos cronotrópicos negativos

producidos por la pilocarpina pueden ser íntegramente explicados por la

activación de receptores muscarínicos M2 y la subsecuente activación de IKACh. El

corrimiento de la curva de activación de If, que produce la pilocarpina hacia

potenciales negativos, no parece participar en sus efectos cronotrópico negativos,

ya que la administración de Cs+ no afectó significativamente los efectos de

pilocarpina sobre la actividad espontánea del NSA. Por otro lado, los efectos

cronotrópicos negativos de pilocarpina fueron sólo parcialmente atenuados por

tertiapina Q, sobre todo a concentraciones bajas del agonista (3 µM). La

explicación más loable a estos resultados es que tanto la activación de IKACh como

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la inhibición de la vía AC-PCA y el llamado “reloj de calcio-reloj de membrana”

estuvieran participando en los efectos cronotrópicos negativos de pilocarpina. Sin

embargo, para probar esta hipótesis deberán realizarse otros experimentos. Lo

que sí es claro a partir de nuestros experimentos de fijación de voltaje en miocitos

de NSA de conejo, es que la pilocarpina actúa principalmente sobre receptores

M2, activando proteínas Gi/o. Esto se manifiesta activando IKACh y produciendo un

corrimiento de la curva de activación de la corriente If hacia potenciales negativos,

aún cuando aparentemente este último efecto no incide sobre el cronotropismo

negativo.

Por otro lado, no encontramos evidencia alguna de que la pilocarpina esté

activando una corriente rectificadora tardía a través de receptores muscarínicos

M3 como se ha sugerido (Wang et al., 1999).

La diferencia más importante que hemos encontrado entre el efecto

activador de IKACh producido por los agonistas muscarínicos acetilcolina y

pilocarpina, es que este último la activa en una forma dependiente de voltaje,

mayor activación cuanto más positivo es el potencial de membrana. Previamente,

ha sido reportado que el voltaje de membrana modula la actividad de los

receptores muscarínicos M2: la despolarización de la membrana reduce la afinidad

de los receptores por acetilcolina (Ben-Chaim et al., 2003). La capacidad

intrínseca de los receptores muscarínicos para sensar el potencial de membrana

fue confirmado por los registros de corrientes de “gating”, las cuales reflejan la

reorientación de las cargas dentro del receptor en respuesta a cambios en el

voltaje (Ben-Chaim et al., 2006). Recientemente, en miocitos auriculares de gato,

ha sido reportado que acetilcolina tiene menor potencia para activar IKACh a

potenciales positivos, mientras que el agonista pilocarpina lo hace con mayor

potencia y eficacia (Moreno-Galindo, 2008; Navarro-Polanco et al., 2009).

Además, se encontró que los cambios conformacionales en los receptores M2,

inducidos por cambios en el voltaje (medidos como corrientes de “gating”) fueron

modificados dependiendo del ligando: la acetilcolina redujo el desplazamiento de

la corriente de “gating”, mientras que la pilocarpina incrementa la cantidad de

carga desplazada (Navarro-Polanco et al., 2009).

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Efecto de la 4-AP en preparaciones multicelulares de NSA de conejo.

La probable participación de la corriente de potasio Ito en los potenciales de

acción espontáneos de NSA en preparaciones multicelulares, ha sido estudiada

aplicando concentraciones milimolares de 4-AP durante 2 min (Boyett et al.,

1998). En el presente trabajo, se estudió los efectos de la 4-AP a tiempos de

exposición mayores, 30 a 40 min. Los resultados en preparaciones obtenidas de

conejos no reserpinizados mostraron efectos similares a aquellos reportados por

Boyett et al. (1998). En presencia del antagonista muscarínico, atropina, la 4-AP

produjo un decremento en el PDM y una disminución aún mayor en la longitud del

ciclo (LC) sin embargo, no fueron significativamente diferentes a aquéllos

producidas por la 4-AP en ausencia de atropina. Estos resultados, en

preparaciones multicelulares, sugieren que, los efectos muscarínicos de la 4-AP

son enmascarados por sus efectos bloqueadores sobre distintos canales de K+ y

los efectos adrenérgicos.

En condiciones fisiológicas, la corriente de potasio de rectificación tardía,

IKr, contribuye de manera importante a la repolarización y la generación de la

actividad marcapaso en los miocitos de NSA de conejo. Durante la meseta del

potencial de acción espontáneo, la activación de IKr juega un papel importante en

la repolarización de la membrana hacia el potencial de equilibrio del K+, mientras

que, una gradual y lenta desactivación de la corriente a potenciales negativos,

durante la repolarización, junto con la activación de corrientes entrantes, son

responsables de la generación de la despolarización diastólica lenta (potencial de

marcapaso) (Mangoni y Nargeot, 2008).

En preparaciones multicelulares de NSA de conejo, ha sido mostrado que

el bloqueador específico de IKr, E-4031, produce inicialmente un aumento en la

duración del potencial de acción, una lenta despolarización del potencial diastólico

máximo y finalmente abole la generación de los potenciales de acción

espontáneos (Kodama et al., 1999). Una pregunta lógica que nos ha surgido es: sí

la 4-AP bloquea las corrientes cardiacas repolarizantes de K+, Ito, IKr e IKs, como

fue encontrado por Aréchiga-Figueroa et al. (2010), ¿por qué, al igual que el E-

4031, no abole la actividad espontánea? Nosotros sugerimos que en

experimentos con preparaciones multicelulares de NSA de conejo, un efecto

indirecto de la 4-AP podría estar enmascarando los efectos bloqueadores sobre

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las corrientes de K+. Proponemos que este efecto es la liberación de

catecolaminas desde las terminales nerviosas simpáticas cardiacas.

En preparaciones auriculares aisladas de diferentes especies de mamífero,

ha sido encontrado que la 4-AP induce efectos inotrópicos y cronotrópicos,

positivos y negativos, posiblemente debido a la liberación de neurotransmisores

parasimpáticos y simpáticos de las terminales nerviosas (Yanagisawa et al., 1978;

Glover, 1981; Furukawa et al., 1985). Diferentes autores han documentado la

liberación de [3H]noradrenalina en preparaciones auriculares de mamífero

(Furukawa et al., 1985; Sugimori et al., 1987), y en preparaciones no nerviosas ni

cardiacas como músculo liso vascular, no vascular y bazo de gato (Johns et al.,

1976; Kirpekar et al., 1977; Kun et al., 2002).

En el presente trabajo, en preparaciones centrales de NSA de conejo no

reserpinizado, la presencia del antagonista de receptores -adrenérgicos,

propranolol, desenmascaró los efectos bloqueadores de la 4-AP sobre las

corrientes cardiacas de potasio Ito, IKr e IKs, produciendo un aumento en la

duración de los potenciales de acción, una disminución del potencial diastólico

máximo y eventualmente aboliendo la actividad espontánea. Estos resultados

sugieren la participación de receptores -adrenérgicos en los efectos de la 4-AP

en preparaciones multicelulares de NSA de animales no reserpinizados, siendo el

mecanismo probable, la liberación de noradrenalina desde las terminales

nerviosas simpáticas. Esta hipótesis se refuerza por el hallazgo de que en conejos

previamente reserpinizados, lo cual induce una depleción de las catecolaminas

almacenadas en las terminales nerviosas, la administración de 4-AP, produjo

efectos similares a los obtenidos en presencia de propranolol en animales no

reserpinizados. En el estudio de Boyett et al. (1998) probaron la posibilidad de

que en el NSA de conejo los efectos de la 4-AP fueran, en parte, resultado de la

liberación de neurotransmisores desde las terminales nerviosas autonómicas.

Estos autores compararon los efectos de la 4-AP en ausencia y en presencia de

tetrodotoxina (TTX) a una concentración de 10 nM, y encontraron que los efectos

fueron similares en ambas condiciones. Estos resultados parecerían

contradictorios a los del presente trabajo. Sin embargo, ha sido previamente

demostrado que los efectos cronotrópicos e inotrópicos de 4-AP en aurícula

aislada de mamífero son sólo parcialmente inhibidos por TTX (Furukawa et al.,

1985). En arterias de conejo, se encontró que TTX (300 nM) solo atenuó

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parcialmente los efectos mecánicos debidos a la liberación de noradrenalina por

4-AP. Además, la 4-AP a concentraciones 1 - 10 mM, produce la liberación de

noradrenalina en rebanadas de bazo, esta liberación es espontánea, sin

estimulación eléctrica e insensible a TTX y a la concentración externa de Ca2+

(Ceña et al., 1985).

Estudios previos han demostrado diferencias regionales dentro del NSA al

bloqueo parcial de IKr por el E-4031 (Boyett et al., 1998). En el presente trabajo,

entre las preparaciones obtenidas de las zonas centrales y las periféricas de NSA

también encontramos diferencias cuantitativas en el efecto de la 4-AP sobre el

potencial diastólico máximo en conejos reserpinizados o no reserpinizados en

presencia de propranolol. En la región superior periférica del NSA, la 4-AP

disminuyó el potencial diastólico máximo pero no abolió la actividad espontánea,

como sí lo hizo en preparaciones de la zona central. La diferencia en la

sensibilidad al E-4031 de las dos regiones, ha sido atribuida a una menor

densidad de IKr en la zona central del NSA respecto a la zona periférica, lo cual

explica la mayor sensibilidad a concentraciones sub-máximas de E-4031 (Boyett

et al., 1998). Una explicación similar podría aducirse en el caso de mayor

sensibilidad a la 4-AP en la zona central comparada con la periférica. Además,

existen diferencias en densidad de Ito e IKs entre las dos regiones (Honjo et al.,

1999; Lei et al., 2001), que pueden explicar las diferencias en sensibilidad a la 4-

AP. Aréchiga-Figueroa et al. (2010) encontraron que la 4-AP (5 mM) produce sólo

un bloqueo parcial de IKr (~ 52%) e IKs (~ 60%).

De los experimentos del presente estudio se puede establecer que en

preparaciones reserpinizadas los efectos bloqueadores de la 4-AP sobre

corrientes de K+ predominan y explican el incremento marcado en la duración del

potencial de acción y la disminución del potencial diastólico máximo que

eventualmente lleva a la abolición de la actividad espontánea. Por otro lado, la

disminución de la velocidad de subida del potencial de acción, es un efecto

indirecto que resulta de la inactivación dependiente de voltaje de las corrientes de

Na+ y Ca2+, responsables de la fase de subida del potencial de acción. La

disminución en la frecuencia de la actividad espontánea causada por la 4-AP es

un efecto indirecto causado por el aumento en la duración del potencial.

En miocitos de NSA ha sido demostrado que la estimulación de los

receptores -adrenérgicos producen un incremento en las corrientes entrantes,

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como la de Ca2+ tipo-L, ICaL, la corriente catiónica no selectiva, IST, la corriente

marcapaso, If, y también en las corrientes salientes, la rectificadora tardía lenta,

IKs, así como la bomba Na+-K+, INa-K (Himeno et al., 2008). En los experimentos en

los cuales después de parar la actividad espontánea del NSA con 4-AP, al

administrar isoproterenol a concentraciones bajas (1 – 10 nM), éste estaría

produciendo inicialmente un incremento en las corrientes salientes IKs (Matsuura

et al., 2002) e INa-K (Himeno et al., 2008), lo cual produciría una repolarización del

potencial diastólico máximo, con reactivación de las corrientes de Na+ y Ca2+ y

activación de If, lo cual a su vez reactivaría la actividad espontánea.

El uso de la 4-AP como bloqueador de la corriente transitoria de salida de

células cardiacas (Ito) y no cardiacas (IA) ha sido muy importante en la

caracterización de estas corrientes. Recientemente, en preparaciones cardiacas,

han sido caracterizadas corrientes sensibles a 4-AP (50 – 100 µM) como IKur

(Sridhar et al., 2007), y a concentraciones 1 - 5 mM como medida de Ito (Boyett et

al., 1998; Banyasz et al., 2007). Sin embargo, ya previamente se había

encontrado evidencia de la inespecificidad del efecto de 4-AP en preparaciones

cardiacas. van Bogaert y Snyders, (1982) encontraron, en fibras de Purkinje de

oveja, que 4-AP 1 mM producía un incremento en la duración del potencial de

acción, despolarización de la preparación y aumento en la actividad automática

debido, además del bloqueo de Ito, a un bloqueo de la corriente rectificadora

entrante, IK1.

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CONCLUSIONES

Los datos obtenidos en los experimentos del presente trabajo, registrando

los potenciales de acción espontáneos en preparaciones multicelulares y en los

experimentos de fijación de voltaje en miocitos aislados, sugieren que los efectos

cronotrópicos negativos producidos por la pilocarpina pueden ser explicados por

la activación de IKACh, debido a la interacción del agonista con receptores

muscarínicos M2 a través de proteínas Gi/o.

Al igual que el agonista fisiológico, la acetilcolina, y utilizando la misma vía

receptor muscarínico M2-proteínas Gi/o, la pilocarpina, además de la activación de

IKACh, produce una disminución de If. Sin embargo, la disminución de If, no parece

participar en los efectos cronotrópicos negativos de la pilocarpina.

La diferencia más importante encontrada entre el efecto activador de IKACh

producido por la acetilcolina y la pilocarpina, es que este último la activa en una

forma dependiente de voltaje, mayor activación cuanto más positivo es el

potencial de membrana.

En lo que respecta a 4-AP, no obstante su gran utilidad como bloqueador

de Ito e IKur, se debe tener cuidado ya que produce múltiple efectos sobre las

preparaciones cardiacas. En el rango de concentración utilizada como bloqueador

de Ito (1 – 5 mM), la 4-AP además de inhibir a Ito, IKr, IKs y activar a IKACh, en

preparaciones multicelulares de NSA produce liberación de neurotransmisores

(catecolaminas) desde las terminales nerviosas autónomas, que enmascara los

efectos inhibitorios de la 4-AP sobre las corrientes de K+.

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