Effects of perfusion pressure on coronary flow, myocardial Ca²⁺-washout, and the occurrence of calcium paradox in isolated perfused rat heart ventricles

Summary

The influence of perfusion pressure (5–8 kPa) on coronary flow and myocardial Ca²⁺-washout during Ca²⁺-free perfusion, and on the occurrence of calcium paradox after subsequent Ca²⁺-reperfusion, was studied in isolated, stimulated, rat heart ventricles.

During the Ca²⁺-free perfusion period (3 min) the following changes were observed: 1. Rapid cessation of ventricular contractions. 2. A pressure-dependent increase in diastolic rest tension. 3. A pressure-dependent increase in coronary flow rate. 4. A pressure-dependent increase in myocardial Ca²⁺-washout.

Upon Ca²⁺-reperfusion all hearts failed to recover fully and the incidence of complete loss of ventricular contractility (“complete calcium paradox”) increased with increasing perfusion pressure. Furthermore, a clear relationship between coronary flow and effluent-Ca²⁺-concentration (during Ca²⁺-free perfusion) and the occurrence of calcium paradox (upon Ca²⁺-reperfusion) was observed.

The results suggested that the processes underlying the calcium paradox mechanism are influenced by the perfusion pressure, mainly via an effect on coronary flow during the Ca²⁺-free perfusion phase and through this effect on the rate and extent of myocardial Ca²⁺-washout.

Zusammenfassung

Am isolierten, stimulierten Rattenherzventrikel wurde der Einfluß des Perfusionsdruckes (5–8 kPa) auf die Koronardurchblutung und die Ca-Ausschwemmung während der Ca²⁺-freien Perfusion, sowie auf das Vorkommen des “Ca²⁺-Paradox” (Calcium paradox) nach darauffolgender Ca²⁺-Reperfusion untersucht.

Während der Ca²⁺-freien Perfusion (3 min) waren folgende Veränderungen zu verzeichnen: 1. Ein schneller Verlust der kontraktilen Ventrikelaktivität. 2. Eine druckabhängige Zunahme der Koronarstromstärke. 3. Eine druckabhängige Zunahme der diastolischen Spannung. 4. Eine druckabhängige Zunahme der Ca²⁺-Ausschwemmung aus dem Myokard.

Nach der Ca²⁺-Reperfusion waren die Herzen nicht imstande, sich völlig zu erholen. Die Häufigkeit eines völligen Verlustes der Ventrikelkontraktilität (“complete calcium paradox”) nahm mit steigendem Perfusionsdruck zu. Außerdem wurden eine Beziehung zwischen der koronaren Stromstärke, der Ca²⁺-Konzentration der ausströmenden Flüssigkeit (während der Ca²⁺-freien Perfusionsphase) und dem Vorkommen des “Ca²⁺-Paradox” (nach Ca²⁺-Reperfusion) beobachtet.

Aufgrund der Resultate ist anzunehmen, daß die für den Mechanismus des Ca²⁺-Paradox verantwortlichen Prozesse durch den herrschenden Perfusionsdruck beeinflußt werden, hauptsächlich über dessen Effekt auf die koronare Stromstärke während der Ca²⁺-freien Perfusionsphase und damit über Geschwindigkeit und Ausmaß der myokardialen Ca²⁺-Ausschwemmung.