Orientadores: José Wilson Magalhães Bassani, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T11:00:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oshiyama_NataliaFerreira_D.pdf: 4721295 bytes, checksum: 5ed8a9a173462afb13315f133bf426f8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O potencial de ação (PA), variação do potencial elétrico através da membrana (Em), é gerado por fluxos iônicos através de canais e transportadores, cuja função e expressão pode ser alterada por hormônios, neurotransmissores, drogas e toxinas. Trata-se de um sistema complexo, para o qual os modelos computacionais constituem ferramenta importante de estudo. No presente trabalho, foi desenvolvido um modelo de PA e transporte de Ca2+ em células ventriculares de ratos neonatos, para o que foi necessário medir a concentração intracelular de Na+ ([Na+]i) e a corrente de Na+ (INa) em cardiomiócitos isolados, sobre as quais há pouca informação na literatura, e as correntes de Ca2+ (ICa), transiente de saída (Ito) e retificadora tardia (IK) de K+, além do próprio PA para melhorar a precisão do modelo. Medições em miócitos de ratos adultos foram realizadas para comparação. Foi observada menor excitabilidade das células de ratos neonatos, o que poderia ser explicado por um deslocamento da curva de ativação de INa de ~10 mV para a direita, i.e., a ativação dos canais de Na+ ocorreu em Em menos negativos e numa faixa mais ampla de Em em miócitos de neonatos do que em células de adultos. Outra diferença encontrada foi com relação à densidade de INa, ~2 vezes maior em células de neonatos. O maior influxo de Na+ poderia causar um aumento da [Na+]i durante a atividade em células de recém-nascidos, que foi confirmado pela medição de [Na+]i. No entanto, não houve aumento significativo quando ICa e o trocador Na+/Ca2+ (NCX) foram inibidos, o que indica que o aumento da [Na+]i se deve mais ao efluxo de Ca2+ via NCX do que ao influxo pelos canais de Na+ do sarcolema. Além disso, observou- se maior duração do PA em miócitos de neonatos, que poderia ser explicada pela menor densidade observada de correntes repolarizantes (Ito e IK). No entanto, não foi detectada diferença entre idades na densidade de ICa. Dados de simulações mostraram que o retículo sarcoplasmático (RS) é a principal fonte do Ca2+ ativador da contração e que a liberação fracional de Ca2+ do RS nos ratos neonatos é menor que nos adultos, confirmando dados experimentais deste laboratório. Portanto, o modelo poderá ser utilizado para predizer possíveis alterações eletrofisiológicas dos cardiomiócitos de ratos neonatos em diferentes condições. / Abstract: The action potential (AP), a change in electrical potential across the membrane (Em), is generated by ionic fluxes through channels and transporters, of which function and expression may be affected by hormones, neurotransmitters, drugs and toxins. Computational models constitute an important tool for the study of this highly non-linear and complex system. In this work, a model of AP and Ca2+ transport in ventricular cells of neonatal rats was developed. It was necessary to measure the intracellular Na+ concentration ([Na+]i) and the Na+ current (INa), for which information in the literature is scarce, and the Ca2+ current (ICa), as well as the outward transient (Ito) and delayed rectifier (IK) K+ currents, in addition to the AP itself, to improve the accuracy of the model. Measurements from adult rat myocytes were also made in order to compare these developmental phases. It was observed that neonatal rat cells are less excitable, which could be explained by a ~10 mV shift to the right of the channel activation curve, i.e., Na+ channels activation occured at less negative Em value and over a higher range of Em compared to adult cells. On the other hand, INa density was twice as great as that in adults. This might promote increase in [Na+]i during activity in cells from newborns, which was confirmed by measurement of [Na+]i. Nonetheless, significant Na+ accumulation was suppressed when ICa and the Na+ / Ca2+ exchanger (NCX) were inhibited, which indicates that the increase in [Na+]i probably depends more on Ca2+ efflux via NCX than on the influx through sarcolemmal Na+ channels. The longer AP duration in neonatal myocytes could be explained by the lower density of the repolarizing currents (Ito and IK). However, age-dependent difference in ICa density was not observed. Simulation data agreed with experimental data from this laboratory regarding the sarcoplasmic reticulum (SR) as the main source of Ca2+ during excitation-contraction coupling and the lower SR fractional release in neonatal than in adult myocytes. In conclusion, the present model may be used to predict possible electrophysiological alterations in developing cardiomyocytes under different conditions. / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutora em Engenharia Elétrica

O estado nutricional influencia o crescimento gástrico, e enquanto a proliferação celular é estimulada pelo jejum em filhotes, ela é inibida em ratos adultos. A corticosterona também age no desenvolvimento, e seus efeitos são regulados pela corticosterone binding globulin (CBG) e receptores de glicocorticóides (GR). Para investigar se a atividade da corticosterona responde ao jejum e como possíveis mudanças poderiam controlar o ciclo celular epitelial gástrico, nós avaliamos diferentes parâmetros durante a progressão do jejum em ratos de 18 e 40 dias de vida pós-natal. A restrição alimentar induziu um aumento de corticosterona no plasma em ambas as idades, mas apenas em filhotes o binding da CBG se elevou após o jejum curto, permanecendo alto até o final do tratamento. O jejum aumentou a atividade transcricional do GR na mucosa gástrica e os níveis protéicos, porém o efeito foi mais pronunciado em adultos. Além disso, observamos que nos filhotes, o GR é principalmente citoplasmático, enquanto em animais adultos, o receptor é acumulado no núcleo durante o jejum. As proteínas HSP 70 e HSP 90 foram diferencialmente reguladas, e podem contribuir para a estabilidade do GR no citoplasma em filhotes, e para o trânsito de GR para o núcleo em animais adultos. Quanto ao ciclo celular epitelial, observamos que em filhotes, ciclina D1 e p21 aumentaram durante o jejum, enquanto em ratos adultos, a ciclina E diminuiu e a p27 aumentou muito. Assim, nós demonstramos que a atividade da corticosterona é diferencialmente regulada pelo jejum em filhotes e ratos adultos, e que as variaçõe observadas poderiam atenuar um possível efeito supressor durante o desenvolvimento pós-natal. Sugerimos que este mecanismo pode estimular a proliferação celular e possibilitar o crescimento da mucosa gástrica durante condições nutricionais adversas. / The nutritional status influences gastric growth, and interestingly, whereas cell proliferation is stimulated by fasting in suckling rats, it is inhibited in adult animals. Corticosterone takes part in the mechanisms that govern development, and its effects are regulated in particular by corticosterone binding globulin (CBG) and glucocorticoid receptor (GR). To investigate whether corticosterone activity responds to fasting and how possible changes might control gastric epithelial cell cycle, we evaluated different parameters during the progression of fasting in 18- and 40-d-old rats. Food restriction induced higher corticosterone plasma concentration at both ages, but only in pups did CBG binding increase after short and long-term treatments. Fasting also increased gastric GR at transcriptional and protein levels, but the effect was more pronounced in 40-d-old animals. Moreover, in pups, GR was observed in the cytoplasm, whereas in adults, it accumulated in the nucleus after the onset of fasting. HSP 70 and HSP 90 were differentially regulated, and might contribute to the stability of GR and to the high cytoplasmic levels in pups and elevated shuttling in adult rats. As for gastric epithelial cell cycle, whereas cyclin D1 and p21 increased during fasting in pups, in adults, cyclin E slowly decreased concomitant with higher p27. In summary, we demonstrated that corticosterone function is differentially regulated by fasting in 18- and 40-d-old rats, and such variation might attenuate any possible suppressive effects during postnatal development. We suggest that this mechanism could ultimately increase cell proliferation and allow regular gastric growth during adverse nutritional conditions.