Research on Biomedical Engineering
https://www.rbejournal.org/article/5889fb655d01231a018b45f4
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Original Article

Instrumentação para medição da concentração intracelular de Ca2+: Efeitos da estimulação beta adrenérgica em miócitos cardíacos isolados

Instrumentation for measurement of intracellular Ca2+ concentration: Effects of beta-adrenergic stimulation on isolated cardiac myocytes

Soriano, Diogo Coutinho; Bassani, Rosana Almada; Bassani, José Wilson Magalhães

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Resumo

O íon Ca2+ desempenha um importante papel na regulação e sina zação de diversos processos celulares. No músculo cardíaco, Ca é fundamental para a geração e modulação da atividade elétrica, bem como para o processo de contração. Este trabalho apresenta um sistema de microfluorimetria e microscopia que permite a medição simultânea da concentração citosólica de Ca2+ ([Ca2+] i ) e atividade mecânica (encurtamento celular) em miócitos cardíaco A instrumentação desenvolvida apresenta a vantagem de ser de pequeno porte, de fácil operação, pouco complexa e de baixo cust quando comparada com os equipamentos comerciais disponíveis. sinal de fluorescência registrado apresentou boa relação sinal-ruí e amplitude compatível com a esperada para a emissão do indicad de Ca2+ utilizado (fluo-3). O sistema foi aplicado para analisar efeitos inotrópico e lusitrópico positivos da estimulação β-adrenérgi em miócitos ventriculares isolados de rato. Em células carregad com fluo-3, transientes de [Ca2+] i e contrações foram registrados de forma simultânea durante estimulação elétrica à freqüência de 0,5 Hz a 23 ºC, na presença e na ausência de 10 nM do agonis de adrenoceptores β isoproterenol (ISO). ISO causou aumento si nificativo da amplitude dos transientes de [Ca2+] i e das contraçõ bem como aceleração da queda de [Ca2+] i e do relaxamento (p < 0,05 A demonstração dos conhecidos efeitos inotrópicos e lusitrópicos positivos da estimulação β-adrenérgica com baixa concentração agonista indica que o sistema apresenta sensibilidade satisfatória para detecção de variações simultâneas em [Ca2+] i e na atividade mecânica de células cardíacas. A utilização do presente sistema, pa medição de [Ca2+] i , não está restrita a este tipo celular, mas pode s estendida a outros tipos celulares (e.g., neurônios, outros tipos células musculares, células glandulares).

Palavras-chave

Miócitos ventriculares de rato, Instrumentação biomédica, Medição de concentração intracelular de Ca2+, Fluo-3, Estimulação adrenérgica, Encurtamento celular, Transiente de cálcio.

Abstract

Ca2+ ions play an important role in signaling and regulation of several cell processes. In the myocardium, Ca2+ is fundamental for generation and modulation of electrical activity, as well as for contraction initiation. In this article, we report a micro fluorimetry/microscopy system that allows simultaneous measurement of cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+] i ) and mechanical activity (cell shortening) in cardiac myocytes. The main advantages of the developed instrument are compact ness, simplicity, easy operation and low cost, in comparison to commercially available equipment. The recorded fluores cence signal showed acceptable signal-to-noise ratio, and the expected amplitude range for the Ca2+ indicator fluo-3. The instrument was applied to the analysis of the positive inotropic and lusitropic effects of β-adrenergic stimulation on isolated rat ventricular myocytes. Contractions and [Ca2+] i transients were simultaneously recorded from fluo-3-loaded myocytes electrically stimulated at 0.5 Hz at room temperature, in the absence and presence of the β-adrenoceptor agonist isoproter enol (ISO, 10 nM). ISO significantly increased [Ca2+] i transient and contraction amplitude, and accelerated [Ca2+] i decline and mechanical relaxation (p < 0.05). The demonstration of the well-known positive inotropic and lusitropic effects of β-adrenergic stimulation by such a low agonist concentration shows that the instrument allows detection of simultaneous changes in [Ca2+] i and mechanical activity in cardiac myocytes. This instrument may be used for [Ca2+]i measurement in other cell types, such as neurons, other types of muscle cells, and gland cells.

Keywords

Rat ventricular myocytes, Biomedical instrumen tation, Intracellular calcium concentration measurement, Fluo-3, Adrenergic stimulation, Cell shortening, Calcium transients.
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