The dependence of cardiac contraction on depolarization and slow inward current

Summary

The membrane potential of the guinea-pig's papillary muscle was controlled by a voltage clamp technique which employs one sucrose gap and one intracellular microelectrode. Both the membrane potential and the membrane current were recorded together with the contraction. The steady-state contractions were obtained after 6–8 contractions. The difference between the steady-state contractions and the succeeding test contractions was considered to be due to the difference in the trigger action between the conditioning and the test pulses. The following results were obtained: 1. when the test pulses were appropriately shortened so that a large tail of inward current flowed after the repolarization step, the contraction was augmented. This paradoxical increase of the contraction can be explained by assuming a direct action of the slow inward current on contraction. 2. The peak amplitude of the contraction increased with the size of the depolarizing step in the range of the membrane potential at which the calcium current should be small or zero. This suggests that in addition to the calcium current another effect of depolarization controls the contraction. 3. The rate of rise of contraction seemed to be determined by the calcium current which was maximum at a depolarization to +10 mV. At this level the slow inward current also reached the maximum. With further increase of the depolarization the rise of the contraction and the slow inward current were decreased. 4. During a series of the pulses the positive inotropic effect (staircase) was the more pronounced the larger the depolarization. This holds true for depolarization up to +70 mV. The potentiation occurred in spite of decrease of the slow inward current. It seems necessary to postulate a potentiating process which is dependent on the amplitude of the depolarization.

Zusammenfassung

Mit einer voltage-Klemmtechnik (Stromapplikation durch den Muskel in einer Zuckertrennwand, intracelluläre Elektrode zur Potentialkontrolle) wurde das Membranpotential in einem kleinen Abschnitt (Durchmesser 0,2–0,4 mm) eines Papillarmuskels (Meerschweinchen) durch rechteckige depolarisierende Pulse verändert und dabei der Membranstrom und die Kontraktion gemessen. Das Präparat wurde mit konstanter Frequenz getrieben, entweder durch Reize, die ein Aktionspotential auslösten oder durch Klemmpulse. Vor einer Änderung des Potentials durch einen Testpuls was die Kontraktion im steady-state. Der Unterschied zwischen der steady-state-Kontraktion und der unmittelbar darauf durch einen Testpuls ausgelösten Kontraktion wurde als ein Maß für den unterschiedlichen Triggereffekt des Aktionspotentials oder verschiedener Test-Klemmpulse betrachtet. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten: 1. Die Kontraktion wurde stärker, wenn der Testpuls derart verkürzt wurde, daß nach der Repolarisation ein großer Einwärtstailstrom floß. Diese paradoxe Zunahme der Kontraktionskraft wird durch eine direkte Wirkung des Einwärtsstromes auf die Kontraktion erklärt. 2. Die Amplitude der Kontraktion wächst mit zunehmender Depolarisation, auch in einem Potentialbereich, in dem der Einwärtsstrom kleiner oder Null ist. Diese Beobachtung läßt vermuten, daß zusätzlich zum Ca⁺⁺-Strom die Depolarisation durch einen anderen Mechanismus die Kontraktion steuert. 3. Die Geschwindigkeit der Spannungsentwicklung scheint vom Ca⁺⁺-Strom bestimmt zu sein. Beide waren maximal bei +10 mV und nahmen bei Depolarisation zu positiveren Potentialen ab. 4. Der positiv inotrope Effekt (Treppe) einer Serie von Testpulsen ist umso stärker, je größer die Depolarisation ist. Die Potenzierung tritt auch bei Depolarisation bis zu +70 mV auf, obwohl in diesem Potentialbereich kein langsamer Einwärtsstrom fließt. Deshalb wird ein potenzierender Prozeß angenommen, der von der Amplitude der Depolarisation abhängt.