Electromechanical correlations in the mammalian heart muscle

Summary

The relationship between contractility and the duration of the action potential (AP) was examined on sheep trabeculae, employing the sucrose gap technique in order to control the duration of AP, and on guinea pig papillary muscles under conditions which alter both the AP configuration and the contractile response. Three significant types of electromechanical correlation were proved:

• A. The time to peak tension—or more generally the time to the onset of terminal relaxation—closely follows the duration of AP. The level of the membrane potential, at which contraction turns into relaxation is variable, very likely depending on the intracellular concentration of Ca.

• B. A linear relation was ascertained between the duration of a single prolonged AP or the sum of duration of APs in an interpolated volley of extrasystoles, and total extra tension developed in all augmented contractions. This relation probably reflects loading of the coupling mechanism by activator Ca.

• C. A steady relation was found between the positive inotropic effect of increased frequency or concentration of Ca in the medium, of decreased temperature and of a prolonged AP on the one hand, and a concurrent increase of the rate of repolarization on the other. It is assumed that this relation represents a parallel effect of Ca on the contractile machine and on movements of other ions across the membrane (probably increased K efflux). It is suggested that this characteristics may play the role of a negative feed back mechanism.

The described correlations are constantly reproducible and statistically significant.

Zusammenfassung

Die Beziehung zwischen Kontraktilität und Aktionspotentialdauer wurde mit zwei verschiedenen experimentellen Ansätzen verfolgt: einmal mit Trabekeln vom Schaf, bei denen durch die „sucrose gap”-Methode die Dauer des AP kontrolliert werden konnte, einmal an Papillarmuskeln von Meerschweinchen, unter solchen Versuchsbedingungen, bei denen sich die Konfiguration des AP und die mechanische Antwort ändern. Es wurden drei bedeutende Korrelationstypen festgestellt:

• A. Die Gipfelzeit, oder allgemeiner, die Zeit bis zu dem Anfang der terminalen Erschlaffung ist eng mit der Dauer des AP korreliert. Die Höhe des Potentials, bei dem die Kontraktionsphase in die Relaxationsphase übergeht, ist veränderlich. Allen Anzeichen nach hängt sie von der intracellulären Ca-Konzentration ab.

• B. Es fand sich eine lineare Korrelation zwischen der Dauer eines einzelnen verlängerten AP bzw. der Dauer sämtlicher Aktionspotentiale in einer interpolierten Salve von Extrasystolen und dem Gesamtzuwachs der mechanischen Spannung. Diese Beziehung spiegelt wahrscheinlich die Beladung des Koppelungssystemes mit Kontraktions-wirksamen Ca⁺⁺ wider.

• C. Weiterhin wurde eine konstante Beziehung gefunden zwischen der treppenförmigen Kontraktionszunahme nach einem Frequenzanstieg, nach Erhöhung der Ca-Konzentration im Medium, nach Abkühlung oder nach der Verlängerung des AP auf der einen Seite und der parallelen schrittweisen Verkürzung der Repolarisation auf der anderen Seite. Es wird vermutet, daß dieser Beziehung der gleichzeitige Einfluß der Ca-Ionen auf den contractilen Apparat und auf die transmembranären Ionenbewegungen (möglicherweise die Erhöhung des K⁺-Effluxes) zugrunde liegt. Diese charakteristischen Beziehungen könnten die Grundlage für eine negative Rückkoppelung sein.

(Die beschriebenen Korrelationen sind konstant reproduzierbar und statistisch bedeutungsvoll.)