The Effects of Calcium Channel Antagonists on Coronary Nitrite Outflow in Isolated Rat Heart

Summary

The aim of the study was to compare the effects of Ca²⁺ channel antagonists on coronary endothelial L-arginine/NO system in isolated rat heart. The hearts of male Wistar albino rats (n = 36, age 8 weeks, body mass 180−200 g) were perfused according to Langendorff technique at gradually increased coronary perfusion pressure (CPP) which induced flow-dependent NO release (nitrite outflow). The experiments were performed during control condition or in the presence of different Ca²⁺ channel antagonists: nifedipine (CAS 21829-25-4, 30 nmol/l), diltiazem (CAS 42399-41-7, 3 µmol/l), verapamil (CAS 52-53-9, 0.4 µmol/l) or amlodipine (CAS 88150-42-9, 100 nmol/l) were administered separately. Also, nifedipine or amlodipine were administered in combination with an inhibitor of nitric oxide synthase (NOS), L-NAME (N^G-nitro-L-arginine-methyl-ester, 30 µmol/l). Coronary flow (CF) varied in autoregulatory range from 3.93 ± 0.25 ml/min/g wt at 50 cmH₂O to 4.49 ± 0.31 ml/min/g wt at 90 cmH₂O. In autoregulatory range nitrite outflow varied from 1.80 ± 0.22 nmol/min/g wt at 50 cmH₂O to 2.21 ± 0.25 nmol/min/g wt at 90 cmH₂O and was strictly parallel with the CPP-CF (coronary perfusion pressure/coronary flow) curve. The autoregulatory range of CF was significantly extended (40−100 cmH₂O) under the influence of nifedipine. Hemodynamic effects were accompanied by significant changes in nitrite outflow in all groups except for the verapamil group. Nifedipine and diltiazem induced statistically significant increases of nitrite outflow in coronary venous effluent, strictly parallel with the CPP-CF curve, from 58 % at 120 cmH₂O to 190 % at 40 cmH₂O and from 74 % at 120 cmH₂O to 166 % at 40 cmH₂O, respectively. On the contrary, amlodipine induced significant reduction of nitrite outflow which was stronger at the lower value of CPP (44−46 % at 40−80 cmH₂O), compared to the higher value of CPP (32−37 % at 100−120 cmH₂O). When L-NAME was applied in combination with nifedipine or amlodipine, CF was significantly reduced with parallel changes in nitrite outflow. The results show that Ca²⁺ channel antagonists (verapamil, diltiazem, nifedipine and amlodipine) strongly influence the coronary endothelial L-arginine/NO system in isolated rat heart leading to the difference in nitrite outflow.

Zusammenfassung

Wirkung von Kalzium-Antagonisten auf den koronaren Nitrit-Ausstrom im isolierten Rattenherzen

Ziel vorliegender Studie war es, die Wirkung von Ca²⁺-Antagonisten auf das koronare endotheliale L-Arginin/NO-System (Nitrit-Ausstrom) im isolierten Rattenherzen zu untersuchen. Die Herzen männlicher Wistar-Albinoratten (n = 36, Alter 8 Wochen, Körpergewicht 180−200 g) wurden nach der Langendorff-Methode unter langsam ansteigendem koronarem Perfusionsdruck (coronary perfusion pressure, CPP) perfundiert, wodurch eine Freisetzung von NO (Nitrit-Ausstrom) erfolgte. Die Experimente wurden unter Kontrollbedingungen bzw. unter Einwirkung verschiedener Ca²⁺-Antagonisten durchgeführt. Die jeweils separate Gabe von Nifedipin (CAS 21829-25-4, 30 nmol/l), Diltiazem (CAS 42399-41-7, 3 µmol/l), Verapamil (CAS 52-53-9, 0.4 µmol/l) und Amlodipin (CAS 88150-42-9, 100 nmol/l) zeigte in der angegebenen Dosierung keine signifikanten Auswirkungen auf den Koronarstrom (coronary flow, CF). Zusätzlich wurde Nifedipin bzw. Amlodipin kombiniert mit dem Stickoxid-Syntheasehemmer L-NAME (N^G-Nitro-L-arginin-methylester, 30 µmol/l) verabreicht. Der CF änderte sich innerhalb eines autoregulatorischen Bereichs von 3,95 ± 0,25 ml/min/g KG bei 50 cmH₂O bis 4,49 ± 0,31 ml/min/g KG bei 90 cmH₂O. Der Nitrit-Ausstrom bewegte sich innerhalb eines autoregulatorischen Bereichs von 1,80 ± 0,22 nmol/ min/g KG bei 50 cmH₂O bis 2,21 ± 0,25 nmol/min/g KG bei 90 cmH₂O und verlief somit exakt parallel zur CPP-CF (coronary perfusion pressure/coronary flow)-Kurve. Unter Nifedipin war der autoregulatorische Bereich des CF deutlich erhöht (40−100 cmH₂O). Hämodynamische Auswirkungen wurden bei signifikanten Änderungen des Nitrit-Ausstroms in allen Gruppen mit Ausnahme der Verapamil-Gruppe beobachtet. Nifedipin und Diltiazem führten zu einem statistisch signifikanten Anstieg des Nitrit-Ausstroms im koronarvenösen Ausflußtrakt, der exakt parallel zur CPP-CV-Kurve verlief, d. h. von 58 % bei 120 cmH₂O bis 190 % bei 40 cmH₂O bzw. von 74 % bei 120 cmH₂O bis 166 % bei 40 cmH₂O, wohingegen Amlodipin eine signifikante Senkung des Nitrit-Ausstroms herbeiführte, welche im niedrigeren Perfusionsdruckbereich stärker ausgeprägt war (44−46 % bei 40−80 cmH₂O) als bei höheren Druckwerten (32−37 % bei 100−120 cmH₂O). Eine Kombinationstherapie aus L-NAME und Nifedipin bzw. Amlodipin führte zu einer signifikanten Senkung des CF und parallelen Änderungen des Nitrit-Ausstroms.

Aus diesen Ergebnissen wird ersichtlich, daß Ca²⁺-Antagonisten (Verapamil, Diltiazem, Nifedipin und Amlodipin) das koronare endotheliale L-Arginin/NO-System im isolierten Rattenherzen stark beeinflussen und Änderungen des Nitrit-Ausstroms hervorrufen.

Key words

Amlodipine - Ca²⁺ channel antagonists, effects on endothelium, effects on nitrite - outflow, rat heart - CAS 52-53-9 - CAS 21829-25-4 - CAS 42399-41-7 - CAS 88150-42-9 - Diltiazem - Nifedipine - Verapamil