NITRIC OXIDE MEDIATES CARBACHOL-INDUCED PROLONGATION IN ACTION POTENTIAL DURATION

Abstract
Background: Our previous work in an intact animal heart suggested that coronary shear stress-induced increases in nitric oxide synthesis or release leads to QT prolongation and T wave inversion on body surface ECG. It is unclear whether nitric oxide has effect on action potential duration measured directly from the heart. Materials, methods and results: In a recent study, we injected carbachol, a potent nitric oxide stimulator, into the left circumflex (LCX) coronary artery of open chest sheep. ECGs were acquired from the epicardium of the LCX territory in these animals. Activation-recovery interval (ARI), an estimate of action potential duration, was measured from these ECGs. Carbachol administration resulted in a dose-dependent ARI prolongation and T wave inversion. When the animals were pre-treated with nitro-L-arginine, a nitric oxide synthase inhibitor, carbachol administration failed to prolong ARI or to provoke T wave inversion. Conclusions: Nitric oxide plays a critical role in carbachol-induced prolongation of action potential duration in the intact animal heart.

Key words
Carbachol, nitric oxide, action potential, activation-recovery interval

Artículo completo
Introducción
Estudios recientes sugieren que el óxido nítrico desempeña un papel crítico en la mediación de las alteraciones, ya sea inducidas por fármacos o no, sobre la duración del potencial de acción de los miocitos ventriculares.¹ La supresión del óxido nítrico endógeno exacerba el acortamiento de la duración del potencial de acción inducido por la isquemia en los ventrículos perfundidos de cobayos según el modelo de Langendorff, mientras que la provisión exógena lo atenúa.² La inducción del óxido nítrico con L-arginina aumenta la duración del potencial de acción durante la oclusión prolongada y la reperfusión de las arterias coronarias en los ventrículos aislados de conejo.³ Además, el óxido nítrico parece mediar la prolongación de la duración del potencial de acción ventricular inducida por los polifosfatos de diadenosina y el período refractario en el corazón aislado de los cobayos.⁴
Para evaluar los efectos del óxido nítrico sobre la duración del potencial de acción o la repolarización ventricular en el corazón de un animal intacto llevamos a cabo un estudio de animal completo respecto de la influencia del carbacol, un inductor potente del óxido nítrico, sobre la electrofisiología cardíaca.⁵
Materiales, métodos y resultados
El estudio fue realizado en ovejas tras la aprobación del protocolo experimental por un comité institucional de cuidados animales. Cinco ovejas fueron anestesiadas con pentobarbitona sódica intravenosa (30 mg/kg), con una dosis de mantenimiento de 3 mg/kg/hora a lo largo del experimento. Los animales fueron ventilados artificialmente con aire corriente a una tasa de 14 respiraciones por minuto. La presión ventricular izquierda fue monitoreada con un polígrafo (Grass Instrument Co., EE.UU.) a través de un catéter 6F insertado en el ventrículo izquierdo a través de la arteria carótida izquierda. Se administraron 5 000 unidades de heparina intravenosa luego de la inserción del catéter ventricular.
Posteriormente, se practicó toracotomía izquierda en el cuarto espacio intercostal para exponer la arteria coronaria circunfleja izquierda (CCI), la cual fue canalizada con un catéter fino de polietileno PE50 (0.96 mm de diámetro) para la administración del fármaco. El carbacol fue administrado a través del catéter intracoronario a razón de 1.0 μmol/ml/min y 2.5 μmol/ml/min por 3 minutos, respectivamente. Seenta minutos después de la segunda administración de carbacol, se administró una infusión intravenosa de nitro-L-arginina, un inhibidor de la óxido nítrico sintasa, durante 10 minutos. A esto le siguió una tercera dosis de carbacol intracoronario de 2.5 μmol/ml/min.
Sobre el epicardio ventricular derecho e izquierdo se colocó una calza de 64 electrodos distribuidos regularmente. Los electrocardiogramas (ECG) epicárdicos de un período de 1 segundo fueron registrados a razón de 1 000 señales por segundo por un sistema multicanal de adquisición de datos. Debido a que el carbacol fue inyectado en la CCI, los ECG unipolares de los electrodos localizados en el territorio de dicha arteria fueron elegidos para la medición del intervalo activación-recuperación (IAR), el cual se utilizó para estimar la duración del potencial de acción o la repolarización ventricular. El IAR se definió como la diferencia entre la disminución de voltaje más rápida en el complejo QRS (dV/dt_min) (tiempo de activación) y el incremento más rápido (dV/dt_max) adyacente al pico de la onda T (tiempo de despolarización). En promedio, se tomaron 18 ECG unipolares en el territorio de la CCI en cada animal, inmediatamente antes, durante y después de la administración de carbacol.
Los datos se expresaron como el promedio ± DE y la prueba t de Student se utilizó para evaluar las diferencias en los parámetros hemodinámicos y los IAR antes y después de la administración del carbacol. Un valor de p < 0.005 se consideró como estadísticamente significativo.
La infusión intracoronaria del carbacol a 1.0 μmol/ml/min no presentó efecto significativo sobre la presión ventricular izquierda, pero la dosis de 2.5 μmol/ml/min redujo tal parámetro en 8 a 12 mm Hg. Ambas dosis causaron una reducción transitoria de la frecuencia cardíaca de unos 20 latidos/min y, en dos animales, un bloqueo pasajero de la conducción auriculoventricular. Los cambios de la frecuencia cardíaca y la conducción auriculoventricular regresaron a su nivel de base 5 a 10 minutos luego de la finalización de la administración del carbacol.
La inyección de esta droga también produjo una inversión de la onda T en los ECG unipolares y un aumento dependiente de la dosis del IAR; el incremento promedio con 1.0 y 2.5 μmol/ml/min fue de 38 ± 17 y 58 ± 14 ms, respectivamente (p < 0.05).
Luego del tratamiento con nitro-L-arginina, la infusión intracoronaria de carbacol (2.5 μmol/ml/min) no invirtió la onda T ni prolongó el IAR (277 ± 22 vs. 279 ± 21 ms, p > 0.05).
Discusión
Los efectos fisiológicos más importantes comunicados para el carbacol son la reducción de la frecuencia cardíaca y la prolongación del tiempo de conducción auriculoventricular^6-8 a través de la estimulación de los receptores muscarínicos. En células auriculares aisladas, esta droga disminuye la duración del potencial de acción y promueve la fibrilación auricular.⁹ Además, suprime la contracción de los miocitos auriculares y ventriculares.¹⁰
En este estudio utilizamos el carbacol para inducir la síntesis o liberación de óxido nítrico del corazón de un animal intacto. Según lo previsto, la administración intracoronaria del carbacol produjo una disminución transitoria de la frecuencia sinusal y un retraso de la conducción auriculoventricular. La presión ventricular también se redujo con la dosis más alta de carbacol.
El hallazgo más significativo de este estudio fue que el carbacol se asoció con una inversión de la onda T dependiente de la dosis y un aumento del IAR en los ECG epicárdicos. Además, el tratamiento previo con nitro-L-arginina, un inhibidor de la óxido nítrico sintasa, previno los efectos del carbacol sobre la onda T y el IAR. Estos resultados sugieren enfáticamente que el carbacol es capaz de prolongar la duración del potencial de acción o la repolarización ventricular y que el óxido nítrico desempeñó una función clave en las alteraciones inducidas por el carbacol en los potenciales de acción del miocardio ventricular. Hasta donde sabemos, éste es el primer estudio en evaluar la relación existente entre el óxido nítrico inducido por el carbacol y la duración del potencial de acción en el corazón de un animal intacto.
Muchos interrogantes permanecen sin respuesta. Primero, ¿el óxido nítrico afecta de diferente manera la duración del potencial de acción en los miocitos ventriculares aislados y en los ventrículos de animales intactos En los miocitos auriculares y ventriculares aislados el óxido nítrico parece mediar el acortamiento de la duración del potencial de acción,^9,10,12 mientras que en el corazón del animal intacto esta molécula prolonga el IAR, parámetro que permite estimar la duración del potencial de acción.^1,5
En los miocitos aislados, el óxido nítrico aparentemente media el acortamiento de la duración del potencial de acción al inhibir el influjo del Ca²⁺ en exceso y mejorar la corriente rectificadora de K⁺ retrasada.¹¹ Sin embargo, no se sabe si los efectos del óxido nítrico sobre las corrientes de Ca²⁺ y K⁺ observados en los miocitos aislados también se presentan en el corazón del animal in vivo, en el cual el control autonómico de este órgano permanece intacto, por lo que se necesitan más investigaciones.
Segundo, ¿cuál es el significado de la prolongación de la duración del potencial de acción inducida por el carbacol Estudios previos demostraron que el acortamiento de la duración del potencial de acción y un aumento de la dispersión espacial de éste son mecanismos electrofisiológicos fundamentales de las arritmias ventriculares durante la isquemia miocárdica aguda.¹³ Si somos capaces de probar que el carbacol o el óxido nítrico son aptos para prolongar la duración de los potenciales de acción y reducir la dispersión espacial en el miocárdico isquémico, será posible disminuir el riesgo de las arritmias ventriculares. El tratamiento previo con dadores de óxido nítrico o estimulantes como el carbacol en los pacientes con riesgo aumentado de isquemia o infarto miocárdico podrá reducir la incidencia de las arritmias ventriculares y la mortalidad. Nuevamente, esta hipótesis requiere estudios experimentales y clínicos cuidadosamente planeados.
En conclusión, nuestros estudios de corazón de animales intactos mostraron recientemente que el óxido nítrico desempeña una función clave en la prolongación de la duración del potencial de acción inducida por el carbacol y la repolarización ventricular. Se requieren más investigaciones para evaluar el mecanismo y el significado clínico de este fenómeno inédito.
El autor no manifiesta “conflictos de interés”.

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