Heart disease that ultimately leads to heart failure (HF) has been the number one cause of death in the United States as well as in many other countries for over a century. Inotropic therapy utilizing cardiotonics to increase cardiac contractility remains a significant component of the management of HF. However, adverse effects of currently available cardiotonics have been compromising their therapeutic value and often lead to further myocardial dysfunction. Thus, discovery of safe cardiotonics remains a main challenge to improvement of inotropic therapy for HF. This review briefly summarized cellular mechanisms underlying the inotropic action of currently available cardiotonics, newly-developed carditonics and the bark of Terminalia arjuna (TA), a tropical tree used in ayurvedic medicine. The potential of TA bark as a new cardiotonic in inotropic treatment for HF was also discussed.
The contractility of isolated rat atria, suspended in Krebs-Ringer bicarbonate medium containing 5.5mM glucose, was depressed approximately 50% by 0.1 mM of lidocaine. Partial recovery of the lidocaine-depressed contractility was achieved by the metabolizable substrates pyruvate, acetate, and fructose, but not by addition of glucose. Glucose produced the dose-dependent increase in the force of contraction of normal atria, whereas pyruvate, acetate, and fructose produced no significant effect in the contractile activity of the normal atria. In the absence of exogenous glucose lidocaine produced more marked depression of atrial contractility than that in the presence of exogenous glucose. The results of this study may confirm that the utilization of cardiac glycogen is also inhibited by lidocaine at sites of the glucose phosphate isomerase step or step between glycogen to glucose-6-phosphate.
Objective: To evaluate the feasibility of texture analysis on non-contrast-enhanced T1 maps of cardiac magnetic resonance (CMR) imaging for the diagnosis of myocardial injury in acute myocardial infarction (MI). Materials and Methods: This study included 68 patients (57 males and 11 females; mean age, 55.7 ± 10.5 years) with acute ST-segment-elevation MI who had undergone 3T CMR after a percutaneous coronary intervention. Forty patients of them also underwent a 6-month follow-up CMR. The CMR protocol included T2-weighted imaging, T1 mapping, rest first-pass perfusion, and late gadolinium enhancement. Radiomics features were extracted from the T1 maps using open-source software. Radiomics signatures were constructed with the selected strongest features to evaluate the myocardial injury severity and predict the recovery of left ventricular (LV) longitudinal systolic myocardial contractility. Results: A total of 1088 segments of the acute CMR images were analyzed; 103 (9.5%) segments showed microvascular obstruction (MVO), and 557 (51.2%) segments showed MI. A total of 640 segments were included in the 6-month follow-up analysis, of which 160 (25.0%) segments showed favorable recovery of LV longitudinal systolic myocardial contractility. Combined radiomics signature and T1 values resulted in a higher diagnostic performance for MVO compared to T1 values alone (area under the curve [AUC] in the training set; 0.88, 0.72, p = 0.031: AUC in the test set; 0.86, 0.71, p = 0.002). Combined radiomics signature and T1 values also provided a higher predictive value for LV longitudinal systolic myocardial contractility recovery compared to T1 values (AUC in the training set; 0.76, 0.55, p < 0.001: AUC in the test set; 0.77, 0.60, p < 0.001). Conclusion: The combination of radiomics of non-contrast-enhanced T1 mapping and T1 values could provide higher diagnostic accuracy for MVO. Radiomics also provides incremental value in the prediction of LV longitudinal systolic myocardial contractility at six months.
Further elucidation of the mechanism of halothane's negative inotropic action has resulted from a study of the effect of various substrates on halothane-depressed rat atria. Approximately 6 mg% halothane was required to maintain a 50% depression of the contractility of rat atria suspended in a modified Krebs-Ringer bicarbonate glucose medium, pH 7.4, $30^{\circ}C$ for 2hr. Both lactate and acetate were found to restore partially the contractility of halothane-depressed atria. The maximally effective concentration of lactate was 5 mM; for acetate it was 2.5mM. Neither 5 nor 20 mM of additional glucose was effective in restoring the force of contraction of halothane-depressed atria. The results are consistent with the hypothesis that halothane exerts at least a part of its negative inotropic effect on rat atria by inhibiting either the uptake or utilization of glucose by the myocardium. The site of blockade must be prior to the conversion of pyruvate to acetyl CoA. In our previous report dealing with the mechanism of cardiac depressant action of inhalation anesthetic halothane, it has been demonstrated that: 1) approximately 6 mg/100 ml halothane is required to maintain 50% depression of the force of contraction of isolated rat atria in Krebs-Ringer bicarbonate glucose medium; 2) pyruvate partially restores the contractility of halothane-depressed atria, but has no effect on normal atria; the partial recovery of depressed atria by the addition of sodium pyruvate is due to the effect of the pyruvate ion itself, not to the sodium ion; 4) addition of pyruvate, to atria depressed with hypertonic medium, produced only further depression. From these findings we concluded that the cardiac depressant action of halothane on rat atria is a manifestation of inhibition of glucose uptake or utilization. The present studies were undertaken to observe the effect of other substrates on halothane-depressed atria in order to substantiate our conclusion. As with the case of pyruvate, lactate and acetate also partially restored the force of contraction of halothane-depressed atria. These data are consistent with the hypothesis that halothane inhibits glucose uptake or utilization in the glycolytic cycle of the myocardium.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2003.06a
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pp.52-52
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2003
Junctate is a newly identified integral ER/SR membrane $Ca^{2+}$ binding protein, which is an alternative splicing form of the same gene generating aspartyl $\square$-hydroxylase and junctin. To elucidate the functional role of junctate in heart, transgenic (TG) mice overexpressing mouse cardiac junctate-1 under the control of mouse $\square$$^{~}$ myosin heavy chain promoter were generated. Overexpression of junctate in mouse heart resulted in cardiac hypertrophy, increased fibrosis, bradycardia, arrhythmias and impaired contractility. Overexpression of junctate also led to down-regulation of SERCA2, calsequestrin, calreticulin and RyR, but to up-regulation of NCX and PMCA. The SR $Ca^{2+}$ content decreased and the L-type $Ca^{2+}$ current density and the action potential durations increased in TG cardiomyocytes, which could be the cause for the bradycardia in TG heart. The present work has provided an important example of pathogenesis leading to cardiac hypertrophy and arrhythmia, which was caused by impaired $Ca^{2+}$ handling by overexpression of junctate in heart.n heart.
Park, Kyu-Sang;Lee, Boo-Soo;Kong, In-Deok;Lee, Joong-Woo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.3
no.6
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pp.623-630
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1999
Decreased cardiac contractility occurs in endotoxicosis, but little is known about the ionic mechanism responsible for myocardial dysfunction. In this study, we examined the changes in $Ca{2+}$ and $K^+$ currents in cardiac myocytes from endotoxin-treated rat. Ventricular myocytes were isolated from normal and endotoxemic rats (ex vivo), that were treated for 10 hours with Salmonella enteritidis lipopolysaccharides (LPS; 1.5 mg/kg) intravenously. Normal cardiac myocytes were also incubated for 6 hours with 200 ng/ml LPS (in vitro). L-type $Ca{2+}$ current $(I_{Ca,L})$ and transient outward $K^+$ current $(I_{to})$ were measured using whole cell patch clamp techniques. Peak $I_{Ca,L}$ was reduced in endotoxemic myocytes (ex vivo; 6.00.4 pA/pF, P<0.01) compared to normal myocytes (control; 10.90.6 pA/pF). Exposure to endotoxin in vitro also attenuated $I_{Ca,L}$ (8.40.4 pA/pF, P<0.01). The amplitude of $(I_{to})$ on depolarization to 60 mV was reduced in endotoxin treated myocytes (16.51.5 pA/pF, P<0.01, ex vivo; 20.00.9 pA/pF, P<0.01 , in vitro) compared to normal myocytes (control; 24.71.0 pA/pF). There was no voltage shift in steady-state inactivation of $I_{Ca,L}$ and $(I_{to})$ between groups. These results suggest that endotoxin reduces $Ca{2+}$ and $K^+$ currents of rat cardiac myocytes, which may lead to cardiac dysfunction.
Aurora kinases inhibitors, including ZM447439 (ZM), which suppress cell division, have attracted a great deal of attention as potential novel anti-cancer drugs. Several recent studies have confirmed the anti-cancer effects of ZM in various cancer cell lines. However, there have been no studies regarding the cardiac safety of this agent. We performed several cytotoxicity, invasion and migration assays to examine the anti-cancer effects of ZM. To evaluate the potential effects of ZM on cardiac repolarisation, whole-cell patch-clamp experiments were performed with human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) and cells with heterogeneous cardiac ion channel expression. We also conducted a contractility assay with rat ventricular myocytes to determine the effects of ZM on myocardial contraction and/or relaxation. In tests to determine in vitro efficacy, ZM inhibited the proliferation of A549, H1299 (lung cancer), MCF-7 (breast cancer) and HepG2 (hepatoma) cell lines with $IC_{50}$ in the submicromolar range, and attenuated the invasive and metastatic capacity of A549 cells. In cardiac toxicity testing, ZM did not significantly affect $I_{Na}$, $I_{Ks}$ or $I_{K1}$, but decreased $I_{hERG}$ in a dose-dependent manner ($IC_{50}$: $6.53{\mu}M$). In action potential (AP) assay using hiPSC-CMs, ZM did not induce any changes in AP parameters up to $3{\mu}M$, but it at $10{\mu}M$ induced prolongation of AP duration. In summary, ZM showed potent broad-spectrum anti-tumor activity, but relatively low levels of cardiac side effects compared to the effective doses to tumor. Therefore, ZM has a potential to be a candidate as an anti-cancer with low cardiac toxicity.
Kim, Deok-Won;Kim, Jeong-Yeol;Kim, Won-Ky;Park, Sang-Hui
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.3
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pp.54-62
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1990
The thermodiluton is a standard method to measure cardiac output in clinical medicine. However it has many disadvantages such as expensive instrument and measurement, limited number of measurement, pain, safety problem, and side-effect due to insertion of catheter into heart. Electrical Impedance Cardiography has no such disadvantages and that it can continuously monitor stroke volume, contractility of cardiac muscle, and systolic time interval (STI) as well as cardiac output. While this impedance technique has been widely used and vigorously studied adroad, it is not introduced yet in Korea. Thus an Impedance Cardiograph has been developed in order to introduce this new technique. Its accuracy also has been verified by simultaneous measurement of cardiac output with the thermodilution technique. Finally changes of cardiac function during exercise were also measured.
Background: The vasoconstrictive effect of epinephrine in local anesthetics affects the heart, which leads to hesitation among dentists in injecting local anesthetics into patients with cardiovascular disease. Due to its vasoconstrictive effects, the present study investigated the effects of vasopressin administration on cardiac function in rats. Methods: Experiment 1 aimed to determine the vasopressin concentration that could affect cardiac function. An arterial catheter was inserted into the male Wistar rats. Next, 0.03, 0.3, and 3.0 U/mL arginine vasopressin (AVP) (0.03V, 0.3V, and 3.0V) was injected into the tongue, and the blood pressure was measured. The control group received normal saline only. In Experiment 2, following anesthesia infiltration, a pressure-volume catheter was placed in the left ventricle. Baseline values of end-systolic elastance, end-diastolic volume, end-systolic pressure, stroke work, stroke volume, and end-systolic elastance were recorded. Next, normal saline and 3.0V AVP were injected into the tongue to measure their effect on hemodynamic and cardiac function. Results: After 3.0V administration, systolic blood pressures at 10 and 15 min were higher than those of the control group; they increased at 10 min compared with those at baseline. The diastolic blood pressures at 5-15 min were higher than those of the control group; they increased at 5 and 10 min compared with those at baseline. The preload decreased at 5 and 10 min compared to that at baseline. However, the afterload increased from 5 to 15 min compared with that of the control group; it increased at 10 min compared with that at baseline. Stroke volume decreased at 10 and 15 min compared with that of the control group; it decreased from 5 to 15 min compared with that at baseline. Stroke work decreased from 5 to 15 min compared with that of the control group; it decreased from 5 to 15 min compared with that at baseline. Conclusion: Our results showed that 3.0 U/mL concentration of vasopressin resulted in increased blood pressure, decreased stroke volume and stoke work, decreased preload and increased afterload, without any effect on myocardial contractility.
Qui Anh Le;Tran Nguyet Trinh;Phuong Kim Luong;Vu Thi Van Anh;Ha Nam Tran;Joon-Chul Kim;Sun-Hee Woo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.28
no.4
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pp.335-344
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2024
Diphenyleneiodonium (DPI) has been widely used as an inhibitor of NADPH oxidase (Nox) to discover its function in cardiac myocytes under various stimuli. However, the effects of DPI itself on Ca2+ signaling and contraction in cardiac myocytes under control conditions have not been understood. We investigated the effects of DPI on contraction and Ca2+ signaling and their underlying mechanisms using video edge detection, confocal imaging, and whole-cell patch clamp technique in isolated rat cardiac myocytes. Application of DPI suppressed cell shortenings in a concentration-dependent manner (IC50 of ≅0.17 µM) with a maximal inhibition of ~70% at ~100 µM. DPI decreased the magnitude of Ca2+ transient and sarcoplasmic reticulum Ca2+ content by 20%-30% at 3 µM that is usually used to remove the Nox activity, with no effect on fractional release. There was no significant change in the half-decay time of Ca2+ transients by DPI. The L-type Ca2+ current (ICa) was decreased concentration-dependently by DPI (IC50 of ≅40.3 µM) with ≅13.1%-inhibition at 3 µM. The frequency of Ca2+ sparks was reduced by 3 µM DPI (by ~25%), which was resistant to a brief removal of external Ca2+ and Na+. Mitochondrial superoxide level was reduced by DPI at 3-100 µM. Our data suggest that DPI may suppress L-type Ca2+ channel and RyR, thereby attenuating Ca2+-induced Ca2+ release and contractility in cardiac myocytes, and that such DPI effects may be related to mitochondrial metabolic suppression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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