Summary
Measurements of transmembrane potentials were performed under different contractile conditions on isolated cat papillary muscles.
It was found that the duration of the action potential (within limits of about 20%) depends on the mode of contraction. Isotonic shortening tends to prolong, isometric tension development tends to shorten the duration of the action potential.
As a result of the action potential alterations negative or positive inotropic mechanical transients are observed during 5–10 subsequent beats.
The decrease in action potential duration is roughly proportional to the force development, and the increase of action potential duration is related to the shortening velocity.
By applying a controlled stretch the shortening velocity of the contractile element (V CE ) was reduced below its value during purely isometric conditions. A further decrease of the action potential duration was observed. IncreasingV CE by release experiments increased the action potential duration beyond that observed under lightly loaded isotonic contractions.
A quick release taking place after repolarization is complete produces a new distinct wave of depolarization (10–15 mV) which can sometimes initiate a new action potential.
The quick release experiments fascilitated the estimation of the time delay of the feedback interaction which is less than 10 msecs.
The possibility that passive geometrical changes of the plasma membrane is a causitive factor of the described phenomenon was experimentally excluded.
Alternative explanations are discussed. It seems likely that a controlling parameter of this excitation contraction feedback system is contained in the force velocity relation of the contractile element influencing the internal Ca++-transients by its mode of contraction.
Zusammenfassung
An isolierten Katzenpapillarmuskeln wurden intracelluläre Potentialmessungen bei verschiedenen Kontraktions-Bedingungen durchgeführt.
Es wurde gefunden, daß die Aktionspotentialdauer (in Grenzen von etwa 20%) von der Kontraktionsform abhängig ist. Während isotonischer Verkürzung wird das Aktionspotential verlängert, bei isometrischer Spannungsentwicklung abgekürzt.
Als Folge dieser Aktionspotential-Veränderungen entwickeln sich treppenartige Zu-oder Abnahmen der mechanischen Aktivität während der folgenden 5–10 Kontraktionen.
Durch Anwendung einer kontrollierten Dehnung konnte die Verkürzungsgeschwindigkeit des contractilen Elements (V CE ) kleiner als bei isometrischen Bedingungen gemacht werden. Dabei wurde eine weitere Aktionspotentialverkürzung beobachtet. WurdeV CE dagegen durch Entlastungsexperimente (quick release) über die bei leicht belasteten isotonischen Kontraktionen entwickelte Verkürzungsgeschwindigkeit hinaus erhöht, so ergab sich eine weitere Zunahme der Aktionspotentialdauer.
Release-Experimente, die nach der vollständigen Repolarisation durchgeführt wurden, führten zur Auslösung einer neuen Repolarisationswelle von 10–15 mV Amplitude. Zuweilen wurde hierdurch ein neues Aktionspotential ausgelöst.
Die Entlastungsexperimente ermöglichten die Abschätzung der “mechanoelektrischen Latenzzeit” des beschriebenen Rückkoppelungssystems. Diese betrug weniger als 10 msec.
Die beschriebenen Phänomene lassen sich vermutlich nicht auf Änderungen der membranären Oberflächengeometrie zurückführen.
Andere Erklärungsmöglichkeiten werden als Arbeitshypothesen diskutiert. Es erscheint zumindest sicher, daß der Control-Parameter des beschriebenen Rückkoppelungssystems in der Kraft-Geschwindigkeits-Relation des contractilen Elementes selbst zu suchen ist. Möglicherweise bestimmt dessen Kontraktionsform die Dynamik der kontraktionswirksamen Calciumbewegungen.
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This work was partly supported by grants of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ka 287/1) and the ministry of Bildung und Wissenschaft (St.Sch. 02 39).
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Kaufmann, R.L., Lab, M.J., Hennekes, R. et al. Feedback interaction of mechanical and electrical events in the isolated mammalian ventricular myocardium (cat papillary muscle). Pflugers Arch. 324, 100–123 (1971). https://doi.org/10.1007/BF00592656
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Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00592656
Key-Words
- Contraction-Excitation Recoupling
- Cardiac Force Velocity Relation
- Quick Release
- Controlled Release
- Active State
- Intracellular Action Potentials