Defibrillate You Later, Alligator: Q10 Scaling and Refractoriness Keeps Alligators from Fibrillation.

Effective cardiac contraction during each heartbeat relies on the coordination of an electrical wave of excitation propagating across the heart. Dynamically induced heterogeneous wave propagation may fracture and initiate reentry-based cardiac arrhythmias, during which fast-rotating electrical waves lead to repeated self-excitation that compromises cardiac function and potentially results in sudden cardiac death. Species which function effectively over a large range of heart temperatures must balance the many interacting, temperature-sensitive biochemical processes to maintain normal wave propagation at all temperatures. To investigate how these species avoid dangerous states across temperatures, we optically mapped the electrical activity across the surfaces of alligator (Alligator mississippiensis) hearts at 23°C and 38°C over a range of physiological heart rates and compare them with that of rabbits (Oryctolagus cuniculus). We find that unlike rabbits, alligators show minimal changes in wave parameters (action potential duration and conduction velocity) which complement each other to retain similar electrophysiological wavelengths across temperatures and pacing frequencies. The cardiac electrophysiology of rabbits accommodates the high heart rates necessary to sustain an active and endothermic metabolism at the cost of increased risk of cardiac arrhythmia and critical vulnerability to temperature changes, whereas that of alligators allows for effective function over a range of heart temperatures without risk of cardiac electrical arrhythmias such as fibrillation, but is restricted to low heart rates. Synopsis La contraccion cardiaca efectiva durante cada latido del corazon depende de la coordinacion de una onda electrica de excitacion que se propaga a traves del corazon. Heterogeidades inducidas dinamicamente por ondas de propagacion pueden resultar en fracturas de las ondas e iniciar arritmias cardiacas basadas en ondas de reingreso, durante las cuales ondas espirales electricas de rotacion rapida producen una autoexcitacion repetida que afecta la funcion cardiaca y pude resultar en muerte subita cardiaca. Las especies que funcionan eficazmente en una amplia gama de temperaturas cardiacas deben equilibrar los varios procesos bioquimicos que interactuan, sensibles a la temperatura para mantener la propagacion normal de ondas a todas las temperaturas. Para investigar como estas especies evitan los estados peligrosos a traves de las temperaturas, mapeamos opticamente la actividad electrica a traves de las superficies de los corazones de caimanes (Alligator mississippiensis) a 23°C and 38°C sobre un rango de frecuencias fisiologicas del corazon y comparamos con el de los conejos (Oryctolagus cuniculus). Encontramos que a diferencia de los conejos, los caimanes muestran cambios minimos en los parametros de onda (duracion potencial de accion y velocidad de conduccion) que se complementan entre si para retener longitudes de onda electrofisiologicas similares a traves de los rangos de temperaturas y frecuencias de ritmo. La electrofisiologia cardiaca de los conejos acomoda las altas frecuencias cardiacas necesarias para mantener un metabolismo activo y endotermico a costa de un mayor riesgo de arritmia cardiaca y vulnerabilidad critica a los cambios de temperatura, mientras que la de los caimanes permite un funcionamiento eficaz en una serie de temperaturas cardiacas sin riesgo de arritmias electricas cardiacas como la fibrilacion, pero esta restringida a bajas frecuencias cardiacas.