Control of calcium homeostasis and load regulation in a ventricular Z- Plane model

Abstract

Calcium is considered one of the most important ions involved in the intricate workings of the heart. The control of intracellular calcium is crucial to the process called excitation-contraction coupling, enabling the chambers of the heart to contract and relax. It is involved in some of the most common heart diseases, like cardiac disfunction and arrhythmias, so knowing how it behaves during the calcium homeostasis cycle, the process of self-regulation which takes place in every beat, it is crucial for medical purposes. If we want to understand the basic physiology of this organ it is important to study in detail how calcium moves through the various organelles of the myocyte provoking this process. In this work, calcium fluxes will be studied in order to better understand the mechanisms of self-regulation of calcium concentrations in ventricular myocytes. It will require the comprehension of the intracellular calcium dynamics and their interaction and influence in the different microdomains of the cell. Be aware of ryanodine receptors and sarcoplasmic reticulum importance as well as the different mechanisms to increase or reduce the concentration of this ion in the myocyte, and study how these mechanism affect to cytosolic calcium concentration, which at the end is the responsable of the cardiac response. We will investigate the formation of steady state solutions and how the NCX work for getting stable responses. In this way a subsequent study has been carried out by means of simulations using a z-plane ventricular model to observe how different variables affect calcium homeostasis.

El calcio es considerado uno de los iones más importantes involucrados en el intrincado funcionamiento del corazón. El control del calcio intracelular es crucial para el proceso llamado acoplamiento de excitación-contracción, permitiendo que las cámaras del corazón se contraigan y se relajen. Está involucrado en algunas de las enfermedades cardíacas más comunes, como la disfunción cardíaca y las arritmias, por lo que saber cómo se comporta durante el ciclo de la homeostasis del calcio, el proceso de autorregulación que tiene lugar en cada palpitación, es crucial para fines médicos. Si queremos entender la fisiología básica de este órgano, es importante estudiar en detalle cómo se mueve el calcio a través de los diversos organelos del miocito provocando este proceso. En este trabajo se estudiarán los flujos de calcio con el fin de comprender mejor los mecanismos de autorregulación de las concentraciones de calcio en los miocitos ventriculares. Requiere la comprensión de la dinámica del calcio intracelular y su interacción e influencia en los diferentes microdominios de la célula. Conocer los receptores ryanodina y la importancia del retículo sarcoplasmático, así como los diferentes mecanismos para aumentar o reducir la concentración de este ion en el miocito, y estudiar cómo afecta estos mecanismos a la concentración de calcio citosólico, que al final es responsable de la respuesta cardiaca . Vamos a investigar la formación de soluciones de estado estacionario y cómo funciona el NCX para obtener respuestas estables. De este modo, se ha realizado un estudio subsiguiente por medio de simulaciones utilizando un modelo ventricular en el planos-z para observar cómo diferentes variables afectan la homeostasis del calcio.

El calci es considera un dels ions més importants implicats en el funcionament del cor. El control del calci intracel·lular és crucial per al procés anomenat acoblament d'excitació-contracció, que permet contractar i relaxar les càmeres del cor. Està involucrat en algunes de les malalties cardíaques més comuns, com la disfunció i les arítmies, de manera que saber com es comporta durant el cicle d'homeòstasi del calci, el procés d'autoregulació que es produeix a cada cop, és fonamental per als propòsits mèdics. Si volem comprendre la fisiologia bàsica d'aquest òrgan, és important estudiar en detall com el calci es mou a través dels diferents orgànuls del miocit i genera aquest procés. En aquest treball, s'estudiaran els fluxos de calci per comprendre millor els mecanismes d'autoregulació de les concentracions de calci en els miocitos ventriculars. Es requerirà la comprensió de la dinàmica del calci intracel·lular i la seva interacció i influència en els diferents microdominis de la cèl·lula. Tenir en compte els receptors de ryanodina i la importància del reticle sarcoplasmàtic, així com els diferents mecanismes per augmentar o reduir la concentració d'aquest ió en el miocito i estudiar com afecta aquest mecanisme a la concentració de calci citosòlic, que al final és responsable de la resposta cardíaca. Investigarem la formació de solucions d'estat estacionari i com el NCX treballa per obtenir respostes estables. Amb aquest fí, un estudi posterior s'ha realitzat mitjançant simulacions utilitzant un model ventricular de pla z per observar com diferents variables afecten l'homeòstasi del calci.