Calcium triggered arrhythmias and the Goldilocks’ principle

Abstract

Beyond the importance of calcium cycling on cardiac contractile function, calcium can also affect membrane currents and lead to arrhythmias. In this revision we will discuss how the balance between release and reuptake of calcium from and to the sarcoplasmic reticulum affects the probability of arrhythmias. A mathematical human cardiomyocyte model that can simulate increasing RyR2 open probabilities (Po) along with high or low SERCA2A mediated reuptake velocities showed that arrhythmias occur in an intermediate physiological zone for both RyR2 Po and reuptake velocity. These results allow to make a parallelism with the “goldilocks and the tree bears” story in which she is looking to drink a cup of porridge with an intermediate optimal temperature. Along the text we explain how the Goldilocks principle is fulfilled in different well-known experimental situations.

Más allá del papel que el ciclado de calcio cumple en la función contráctil del corazón, el manejo de calcio en los cardiomiocitos es capaz de afectar corrientes de membrana y, de este modo, las alteraciones en el manejo de calcio son capaces de generar arritmias cardíacas. En esta revisión discutiremos los efectos que el balance entre liberación y recaptura de calcio desde y hacia el retículo sarcoplasmático (RS) tiene sobre la probabilidad de gatillar arritmias cardíacas. Mediante un modelo matemático de miocito cardiaco humano, que simula probabilidades de apertura (Po) crecientes de los receptores de rianodina (RyR2) en asociación con aumentos y disminuciones de la velocidad de secuestro de Ca2+ por la Ca-ATPasa del RS (SERCA2a), se determinó que las arritmias ocurren con más probabilidad en una zona intermedia (zona óptima para las arritmias) tanto de Po como de la velocidad de secuestro de Ca2+, en tanto que las zonas con mayor Po o mayor o menor velocidad de secuestro de Ca2+ están libres de arritmias. Estos resultados permiten establecer un paralelismo con la historia de “Ricitos de oro y los tres osos” y su búsqueda de una taza de avena con temperatura intermedia como aquella óptima para ser bebida. A lo largo del texto explicaremos cómo este principio se cumple en situaciones experimentales conocidas.