Altered K+ current profiles underlie cardiac action potential shortening in hyperkalemia and β-adrenergic stimulation
- PMID: 31091413
- PMCID: PMC10286692
- DOI: 10.1139/cjpp-2019-0056
Altered K+ current profiles underlie cardiac action potential shortening in hyperkalemia and β-adrenergic stimulation
Abstract
Hyperkalemia is known to develop in various conditions including vigorous physical exercise. In the heart, hyperkalemia is associated with action potential (AP) shortening that was attributed to altered gating of K+ channels. However, it remains unknown how hyperkalemia changes the profiles of each K+ current under a cardiac AP. Therefore, we recorded the major K+ currents (inward rectifier K+ current, IK1; rapid and slow delayed rectifier K+ currents, IKr and IKs, respectively) using AP-clamp in rabbit ventricular myocytes. As K+ may accumulate at rapid heart rates during sympathetic stimulation, we also examined the effect of isoproterenol on these K+ currents. We found that IK1 was significantly increased in hyperkalemia, whereas the reduction of driving force for K+ efflux dominated over the altered channel gating in case of IKr and IKs. Overall, the markedly increased IK1 in hyperkalemia overcame the relative decreases of IKr and IKs during AP, resulting in an increased net repolarizing current during AP phase 3. β-Adrenergic stimulation of IKs also provided further repolarizing power during sympathetic activation, although hyperkalemia limited IKs upregulation. These results indicate that facilitation of IK1 in hyperkalemia and β-adrenergic stimulation of IKs represent important compensatory mechanisms against AP prolongation and arrhythmia susceptibility.
On sait que l’hyperkaliémie se produit dans diverses situations, y compris pendant l’exercice physique vigoureux. Dans le cœur, l’hyperkaliémie est associée avec une diminution de la durée du potentiel d’action (PA), qui est attribuée à des canaux K+ dont les propriétés de « gating » sont altérées. Toutefois, on ne sait toujours pas comment l’hyperkaliémie entraîne des variations dans le profil de chacun des courants K+ à la base du PA cardiaque. Par conséquent, nous avons enregistré les principaux courants K+ (courant à rectification entrante (IK1); courants à rectification rapide et lente (IKr et IKs, respectivement)) à l’aide de la technique de clampage du PA dans des myocytes ventriculaires de lapin. Comme les ions K+ peuvent s’accumuler à des fréquences cardiaques élevées pendant une stimulation sympathique, nous avons aussi étudié l’effet de l’isoprotérénol sur ces courants K+. Nous avons observé qu’IK1 était nettement augmenté en hyperkaliémie, tandis que la diminution de la force motrice de l’efflux de K+ dominait comparativement au défaut de « gating » des canaux dans le cas d’IKr et d’IKs. Dans l’ensemble, l’augmentation marquée d’IK1 en hyperkaliémie parvenait à contrer la diminution relative d’IKr et d’IKs pendant le PA, entraînant une augmentation nette des courants de repolarisation pendant la phase 3 du PA. La stimulation β-adrénergique d’IKs fournissait aussi une puissance de repolarisation supplémentaire pendant l’activation sympathique, même si l’hyperkaliémie limitait la régulation à la hausse d’IKs. Ces résultats montrent que la facilitation d’IK1 en hyperkaliémie et la stimulation β-adrénergique d’IKs représentent des modes d’action compensatoires importants contre l’augmentation de la durée du PA et la susceptibilité aux arythmies. [Traduit par la Rédaction]
Keywords: action potential voltage-clamp; arrhythmia; arythmie; canaux potassiques; cellular electrophysiology; cœur; exercice physique; heart; hyperkalemia; hyperkaliémie; physical exercise; potassium channels; stimulation sympathique; sympathetic stimulation; voltage-clamp du potentiel d’action; électrophysiologie cellulaire.
Conflict of interest statement
Conflict of interest
The authors declare that there is no conflict of interest associated with this work.
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