معلومة

تأثير زيادة تركيز الصوديوم خارج الخلية على راحة الجهد واحتمالية حدوث جهد فعل

تأثير زيادة تركيز الصوديوم خارج الخلية على راحة الجهد واحتمالية حدوث جهد فعل


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إذا قمت بزيادة تركيز الصوديوم خارج الخلية ، فكيف سيؤثر هذا على جهد الراحة واحتمال حدوث جهد فعل؟

يرجى شرح استخدام معادلة الجهد Goldman-Hodgkin-Katz إذا كان لديك هذا الفهم. يمكنني عادة فهم الوظائف والعلاقات الرياضية.

أظن أن الغشاء سيصبح أكثر استقطابًا وأن احتمالية عمل الفعل ستنخفض. لقد قرأت بعض الشرح بخلاف ذلك وأود المساعدة في تأكيد أو نفي فهمي الحالي.


يتم تنظيم اعتماد تركيز K + خارج الخلية للتيارات الخارجية عبر قنوات Kir2.1 بواسطة Na + و Ca 2+ خارج الخلية *

لقد كان معروفًا لأكثر من ثلاثة عقود أن تيارات كير الخارجية (Iك 1) زيادة مع زيادة تركيز K + خارج الخلية ([K +]ا). على الرغم من أن هذه الزيادة في أناك 1 يمكن أن يكون لها تأثيرات كبيرة تحت ظروف القلب الفيزيولوجية المرضية ، حيث [K +]ا يمكن أن يصل ارتفاعه إلى 18 مترًا وبالتالي يهيئ القلب لإعادة دخول عدم انتظام ضربات القلب البطيني ، ظلت الآلية الأساسية غير واضحة. هنا ، نظهر أن المنحدر [K +]ا الاعتماد على Kir2.1 بوساطة الخارج أناك 1 كان بسبب [K +]ا- تثبيط مستقل للخارج الأولك 1 بواسطة Na + و Ca 2+ خارج الخلية. يمكن تفسير ذلك عن طريق تثبيط Na + / Ca 2+ لـ Iك 1 من خلال فحص الشحنات السطحية السلبية المحلية. تمشيا مع هذا ، قلل Na + و Ca 2 + خارج الخلية من تيار القناة المفردة الخارج ولم يزيد من ضوضاء الحالة المفتوحة أو يقلل من متوسط ​​وقت الفتح. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحييد الشحنات السطحية السالبة بعامل استرة الكربوكسيل يمنع I الخارجك 1 في [K +] مماثلةا- بطريقة مستقلة مثل Na + / Ca 2+. حددت دراسات الطفرات الموجهة بالموقع Asp 114 و Glu 153 كمصدر لشحنات السطح. تقليل تنشيط K + والتأثيرات الكهروستاتيكية السطحية في متحولة R148Y تحاكي عمل Na + و Ca 2+ خارج الخلية ، مما يشير إلى أنه بالإضافة إلى ممارسة تأثير كهرباء سطحي ، قد يمنع Na + و Ca 2+ الخارج Iك 1 عن طريق تثبيط تنشيط K +. حددت هذه الدراسة تفاعلات K + مع Na + و Ca 2+ التي تعتبر مهمة لـ [K +]ا الاعتماد على Kir2.1 بوساطة الخارج أناك 1.


تأثير زيادة تركيز الصوديوم خارج الخلية على راحة الجهد واحتمالية حدوث جهد فعل - علم الأحياء

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • صف أساس إمكانات غشاء الراحة
  • اشرح مراحل جهد الفعل وكيف يتم نشر إمكانات الفعل
  • اشرح أوجه التشابه والاختلاف بين المشابك الكيميائية والكهربائية
  • وصف التقوية طويلة المدى والاكتئاب طويل الأمد

تتطلب جميع الوظائف التي يؤديها الجهاز العصبي - من رد الفعل الحركي البسيط إلى الوظائف الأكثر تقدمًا مثل صنع الذاكرة أو اتخاذ القرار - الخلايا العصبية للتواصل مع بعضها البعض. بينما يستخدم البشر الكلمات ولغة الجسد للتواصل ، تستخدم الخلايا العصبية إشارات كهربائية وكيميائية. تمامًا مثل أي شخص في اللجنة ، عادةً ما تتلقى خلية عصبية واحدة وتوليف الرسائل من عدة خلايا عصبية أخرى قبل "اتخاذ القرار" لإرسال الرسالة إلى الخلايا العصبية الأخرى.

انتقال النبضات العصبية داخل الخلايا العصبية

لكي يعمل الجهاز العصبي ، يجب أن تكون الخلايا العصبية قادرة على إرسال واستقبال الإشارات. هذه الإشارات ممكنة لأن كل خلية عصبية لديها غشاء خلوي مشحون (فرق الجهد بين الداخل والخارج) ، ويمكن أن تتغير شحنة هذا الغشاء استجابة لجزيئات الناقل العصبي المنبعثة من الخلايا العصبية الأخرى والمنبهات البيئية. لفهم كيفية تواصل الخلايا العصبية ، يجب على المرء أولاً أن يفهم أساس خط الأساس أو شحنة الغشاء "السكونية".

الأغشية العصبية المشحونة

الغشاء الدهني ثنائي الطبقة الذي يحيط بالخلايا العصبية غير منفذ للجزيئات أو الأيونات المشحونة. لدخول الخلايا العصبية أو الخروج منها ، يجب أن تمر الأيونات عبر بروتينات خاصة تسمى القنوات الأيونية التي تمتد عبر الغشاء. القنوات الأيونية لها تكوينات مختلفة: مفتوحة ، مغلقة ، وغير نشطة ، كما هو موضح في (الشكل). تحتاج بعض القنوات الأيونية إلى التنشيط من أجل الفتح والسماح للأيونات بالمرور إلى الخلية أو الخروج منها. هذه القنوات الأيونية حساسة للبيئة ويمكن أن تغير شكلها وفقًا لذلك. تسمى القنوات الأيونية التي تغير هيكلها استجابة لتغيرات الجهد القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي. تنظم القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي التركيزات النسبية للأيونات المختلفة داخل وخارج الخلية. يُطلق على الفرق في إجمالي الشحنة بين داخل الخلية وخارجها اسم جهد الغشاء.

شكل 1. تفتح القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي استجابة للتغيرات في جهد الغشاء. بعد التنشيط ، تصبح غير نشطة لفترة وجيزة ولن تفتح بعد ذلك استجابة للإشارة.

ارتباط بالتعلم

يناقش هذا الفيديو أساس إمكانات غشاء الراحة.

يستريح غشاء المحتملة

الخلية العصبية في حالة الراحة مشحونة سلبًا: يكون الجزء الداخلي للخلية أكثر سلبية بمقدار 70 مللي فولت تقريبًا من الخارج (−70 مللي فولت ، لاحظ أن هذا الرقم يختلف حسب نوع الخلايا العصبية والأنواع). يُطلق على هذا الجهد اسم إمكانات غشاء الراحة ، وهو ناتج عن اختلافات في تركيزات الأيونات داخل وخارج الخلية. إذا كان الغشاء منفذاً بشكل متساوٍ لجميع الأيونات ، فإن كل نوع من الأيونات سوف يتدفق عبر الغشاء وسيصل النظام إلى التوازن. نظرًا لأن الأيونات لا يمكنها ببساطة عبور الغشاء كما تشاء ، فهناك تركيزات مختلفة من عدة أيونات داخل الخلية وخارجها ، كما هو موضح في (الشكل). يهيمن الاختلاف في عدد أيونات البوتاسيوم الموجبة الشحنة (K +) داخل الخلية وخارجها على إمكانات غشاء الراحة ((الشكل)). عندما يكون الغشاء في حالة راحة ، تتراكم أيونات K + داخل الخلية بسبب الحركة الصافية بتدرج التركيز. يتم إنشاء إمكانات غشاء الراحة السلبية والحفاظ عليها عن طريق زيادة تركيز الكاتيونات خارج الخلية (في السائل خارج الخلية) بالنسبة إلى داخل الخلية (في السيتوبلازم). يتم إنشاء الشحنة السالبة داخل الخلية من خلال كون غشاء الخلية أكثر نفاذاً لحركة أيون البوتاسيوم من حركة أيون الصوديوم. في الخلايا العصبية ، يتم الحفاظ على أيونات البوتاسيوم بتركيزات عالية داخل الخلية بينما يتم الحفاظ على أيونات الصوديوم بتركيزات عالية خارج الخلية. تمتلك الخلية قنوات تسرب البوتاسيوم والصوديوم التي تسمح للكاتيونات بالانتشار أسفل تدرج تركيزها. ومع ذلك ، فإن الخلايا العصبية لديها قنوات تسرب البوتاسيوم أكثر بكثير من قنوات تسرب الصوديوم. لذلك ، ينتشر البوتاسيوم خارج الخلية بمعدل أسرع بكثير من تسرب الصوديوم للداخل. نظرًا لأن عددًا أكبر من الكاتيونات يغادر الخلية أكثر من الداخل ، فإن هذا يتسبب في شحن الجزء الداخلي للخلية بشحنة سالبة بالنسبة إلى السطح الخارجي للخلية. تساعد إجراءات مضخة بوتاسيوم الصوديوم في الحفاظ على إمكانية الراحة بمجرد إنشائها. تذكر أن مضخات البوتاسيوم الصوديوم تجلب اثنين من أيونات K + إلى الخلية بينما تزيل ثلاثة أيونات Na + لكل ATP يتم استهلاكها. نظرًا لطرد الكاتيونات من الخلية أكثر مما يتم تناوله ، يظل الجزء الداخلي من الخلية مشحونًا سالبًا بالنسبة للسائل خارج الخلية. وتجدر الإشارة إلى أن أيونات الكلوريد (Cl -) تميل إلى التراكم خارج الخلية لأنها تطرد بواسطة بروتينات سالبة الشحنة داخل السيتوبلازم.

إن جهد غشاء الراحة هو نتيجة لتركيزات مختلفة داخل الخلية وخارجها.
تركيز الأيونات داخل وخارج الخلايا العصبية
أيون تركيز خارج الخلية (مم) تركيز الخلايا (مم) نسبة خارج / داخل
نا + 145 12 12
ك + 4 155 0.026
Cl - 120 4 30
الأنيونات العضوية (A−) 100

الشكل 2. إن إمكانات غشاء الراحة (أ) ناتجة عن تركيزات مختلفة من أيونات الصوديوم والبوتاسيوم داخل وخارج الخلية. يتسبب الدافع العصبي في دخول Na + إلى الخلية ، مما يؤدي إلى (ب) إزالة الاستقطاب. في ذروة الفعل المحتملة ، تفتح قنوات K + وتصبح الخلية (ج) مفرطة الاستقطاب.

إمكانات العمل

يمكن للخلايا العصبية تلقي مدخلات من الخلايا العصبية الأخرى ، وإذا كان هذا الإدخال قويًا بدرجة كافية ، فقم بإرسال الإشارة إلى الخلايا العصبية في اتجاه مجرى النهر. عادة ما يتم نقل الإشارة بين الخلايا العصبية بواسطة مادة كيميائية تسمى ناقل عصبي. يتم نقل الإشارة داخل الخلايا العصبية (من التغصنات إلى المحطة المحورية) عن طريق انعكاس قصير لإمكانات غشاء الراحة يسمى جهد الفعل. عندما ترتبط جزيئات الناقل العصبي بمستقبلات موجودة في تشعبات الخلايا العصبية ، تنفتح القنوات الأيونية. في نقاط الاشتباك العصبي الاستثارة ، تسمح هذه الفتحة للأيونات الموجبة بدخول الخلايا العصبية وتؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء - انخفاض في الفرق في الجهد بين داخل وخارج الخلية العصبية. منبه من خلية حسية أو خلية عصبية أخرى يزيل استقطاب الخلايا العصبية المستهدفة إلى عتبة إمكاناتها (-55 مللي فولت). يتم فتح قنوات Na في تلة المحور العصبي ، مما يسمح للأيونات الموجبة بدخول الخلية ((الشكل) و (الشكل)). بمجرد فتح قنوات الصوديوم ، تزيل الخلايا العصبية استقطابها تمامًا إلى غشاء محتمل يبلغ حوالي +40 مللي فولت. تعتبر إمكانات الفعل حدثًا & # 8220 - أو لا شيء & # 8221 ، في ذلك ، بمجرد الوصول إلى الحد الأقصى المحتمل ، دائمًا ما يزيل العصبون استقطابًا تمامًا. بمجرد اكتمال إزالة الاستقطاب ، يجب أن تعيد الخلية الآن & # 8220 إعادة ضبط & # 8221 جهد الغشاء الخاص بها إلى إمكانات الراحة. لتحقيق ذلك ، تغلق قنوات Na + ولا يمكن فتحها. هذا يبدأ فترة مقاومة الخلايا العصبية ، حيث لا يمكنها إنتاج جهد فعل آخر لأن قنوات الصوديوم الخاصة بها لن تفتح. في الوقت نفسه ، يتم فتح قنوات K + ذات الجهد الكهربائي ، مما يسمح لـ K + بمغادرة الخلية. عندما تغادر أيونات K + الخلية ، تصبح إمكانات الغشاء سالبة مرة أخرى. يؤدي انتشار K + خارج الخلية في الواقع إلى زيادة استقطاب الخلية ، حيث تصبح إمكانات الغشاء أكثر سلبية من إمكانات الراحة الطبيعية للخلية. في هذه المرحلة ، ستعود قنوات الصوديوم إلى حالة الراحة ، مما يعني أنها جاهزة للفتح مرة أخرى إذا تجاوزت إمكانات الغشاء الحد الأقصى المحتمل مرة أخرى. في نهاية المطاف تنتشر أيونات K + الإضافية خارج الخلية عبر قنوات تسرب البوتاسيوم ، مما يعيد الخلية من حالتها المفرطة الاستقطاب ، إلى غشاء الراحة المحتمل.

اتصال فني

الشكل 3. يمكن تقسيم تكوين جهد الفعل إلى خمس خطوات: (1) يتسبب محفز من خلية حسية أو خلية عصبية أخرى في إزالة استقطاب الخلية المستهدفة نحو عتبة الإمكانات. (2) إذا تم الوصول إلى عتبة الإثارة ، تفتح جميع قنوات Na + ويزال الغشاء من الاستقطاب. (3) في ذروة الفعل المحتملة ، تفتح قنوات K + ويبدأ K + في مغادرة الخلية. في الوقت نفسه ، تغلق قنوات Na +. (4) يصبح الغشاء مفرط الاستقطاب حيث تستمر أيونات K + في مغادرة الخلية. يكون الغشاء مفرط الاستقطاب في فترة مقاومة للحريق ولا يمكن أن يطلق النار. (5) تغلق قنوات K + ويستعيد ناقل Na + / K + إمكانية الراحة.

حاصرات قنوات البوتاسيوم ، مثل الأميودارون والبروكيناميد ، والتي تستخدم لعلاج النشاط الكهربائي غير الطبيعي في القلب ، والتي تسمى خلل النظم القلبي ، تعرقل حركة K + من خلال قنوات K ذات الجهد الكهربائي. أي جزء من جهد الفعل تتوقع أن تؤثر عليه قنوات البوتاسيوم؟

تعمل حاصرات قنوات البوتاسيوم على إبطاء مرحلة عودة الاستقطاب ، ولكن ليس لها تأثير على نزع الاستقطاب.

الشكل 4. يتم إجراء جهد الفعل أسفل المحور العصبي حيث يزيل استقطاب الغشاء المحوار ، ثم يستقطب مرة أخرى.

ارتباط بالتعلم

يقدم هذا الفيديو لمحة عامة عن إمكانات العمل.

الميالين وانتشار إمكانات العمل

للحصول على إمكانية فعلية لتوصيل المعلومات إلى خلية عصبية أخرى ، يجب أن تنتقل على طول المحور العصبي وتصل إلى المحطات الطرفية المحورية حيث يمكنها بدء إطلاق ناقل عصبي. تتأثر سرعة توصيل جهد الفعل على طول محور عصبي بقطر المحور العصبي ومقاومة المحور للتسرب الحالي. يعمل المايلين كعازل يمنع التيار من مغادرة المحور العصبي ، مما يزيد من سرعة التوصيل المحتمل للعمل. في أمراض إزالة الميالين مثل التصلب المتعدد ، يتباطأ التوصيل المحتمل للعمل بسبب تسرب التيار من مناطق المحاور المعزولة سابقًا. عقد رانفييه الموضحة في (الشكل) عبارة عن فجوات في غمد المايلين على طول المحور العصبي. يبلغ طول هذه المساحات غير المبطنة حوالي ميكرومتر واحد وتحتوي على قنوات Na + و K + ذات بوابات الجهد. تدفق الأيونات عبر هذه القنوات ، وخاصة قنوات الصوديوم ، يجدد جهد الفعل مرارًا وتكرارًا على طول المحور العصبي. يسمى هذا "القفز" لإمكانات الفعل من عقدة إلى أخرى بالتوصيل الملحي. إذا لم تكن عُقد Ranvier موجودة على طول محور عصبي ، فإن إمكانات الفعل ستنتشر ببطء شديد لأن قنوات Na + و K ستضطر إلى تجديد إمكانات العمل باستمرار في كل نقطة على طول المحور المحوري بدلاً من نقاط محددة. توفر عقد Ranvier أيضًا الطاقة للخلايا العصبية نظرًا لأن القنوات تحتاج فقط إلى أن تكون موجودة في العقد وليس على طول المحور العصبي بأكمله.

الشكل 5. عقد Ranvier عبارة عن فجوات في تغطية المايلين على طول المحاور. تحتوي العقد على قنوات K + و Na + بوابات الجهد. تنتقل إمكانات العمل إلى أسفل المحور العصبي عن طريق القفز من عقدة إلى أخرى.

انتقال متشابك

المشبك أو "الفجوة" هو المكان الذي تنتقل فيه المعلومات من خلية عصبية إلى أخرى. عادة ما تتشكل نقاط الاشتباك العصبي بين المحاور الطرفية والعمود الفقري الشجيري ، لكن هذا ليس صحيحًا عالميًا. هناك أيضًا محوار إلى محور عصبي ، والتغصنات إلى التغصنات ، والمشابك العصبية من الجسم إلى الخلية. تسمى الخلية العصبية التي تنقل الإشارة بالخلايا العصبية قبل المشبكي ، وتسمى الخلية العصبية التي تستقبل الإشارة بالخلايا العصبية بعد المشبكية. لاحظ أن هذه التعيينات مرتبطة بمشبك معين — معظم الخلايا العصبية تكون في نفس الوقت قبل المشبكية وما بعد المشبكي. هناك نوعان من المشابك: الكيميائية والكهربائية.

المشبك الكيميائي

عندما يصل جهد الفعل إلى المحطة المحورية ، فإنه يزيل استقطاب الغشاء ويفتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. تدخل أيونات الصوديوم إلى الخلية ، مما يؤدي إلى زيادة استقطاب الغشاء قبل المشبكي. يتسبب هذا الاستقطاب في فتح قنوات Ca 2+ ذات بوابات الجهد. تبدأ أيونات الكالسيوم التي تدخل الخلية سلسلة إشارات تتسبب في حويصلات صغيرة مرتبطة بالغشاء ، تسمى الحويصلات المشبكية ، تحتوي على جزيئات ناقل عصبي لتندمج مع الغشاء قبل المشبكي. تظهر الحويصلات المشبكية في (الشكل) ، وهي صورة مأخوذة من المجهر الإلكتروني الماسح.

الشكل 6. تُظهِر هذه الصورة المزيفة اللونية الملتقطة بمجهر إلكتروني مسح محطة محوار تم فتحها لتكشف عن حويصلات متشابكة (زرقاء وبرتقالية) داخل الخلية العصبية. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة Tina Carvalho ، بيانات مقياس NIH-NIGMS من Matt Russell)

يؤدي اندماج الحويصلة مع الغشاء قبل المشبكي إلى إطلاق ناقل عصبي في الشق المشبكي ، وهو الفضاء خارج الخلية بين الأغشية قبل المشبكي وما بعد المشبكي ، كما هو موضح في (الشكل). ينتشر الناقل العصبي عبر الشق المشبكي ويرتبط ببروتينات المستقبل على الغشاء بعد المشبكي.

الشكل 7. يتطلب الاتصال في المشابك الكيميائية إطلاق النواقل العصبية. عندما يكون الغشاء قبل المشبكي غير مستقطب ، تفتح قنوات Ca2 + ذات الجهد الكهربائي وتسمح لـ Ca2 + بدخول الخلية. يتسبب دخول الكالسيوم في اندماج الحويصلات المشبكية مع الغشاء وإطلاق جزيئات الناقل العصبي في الشق المشبكي. ينتشر الناقل العصبي عبر الشق المشبكي ويرتبط بالقنوات الأيونية المترابطة في الغشاء بعد المشبكي ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب الموضعي أو فرط الاستقطاب للخلايا العصبية بعد المشبكية.

يؤدي ارتباط ناقل عصبي معين إلى فتح قنوات أيونية معينة ، في هذه الحالة القنوات ذات بوابات الترابط ، على الغشاء بعد المشبكي. يمكن أن يكون للناقلات العصبية تأثيرات استثارة أو مثبطة على غشاء ما بعد المشبكي ، كما هو مفصل في (الشكل). على سبيل المثال ، عندما يتم إطلاق أستيل كولين عند المشبك بين العصب والعضلة (يسمى الوصل العصبي العضلي) بواسطة عصبون قبل المشبكي ، فإنه يتسبب في فتح قنوات الصوديوم بعد المشبكي. يدخل Na + إلى الخلية ما بعد المشبكي ويسبب إزالة الاستقطاب من الغشاء بعد المشبكي. يُطلق على عملية إزالة الاستقطاب هذه إمكانات ما بعد المشبكية المثيرة (EPSP) وتجعل الخلايا العصبية بعد المشبكية أكثر عرضة لإطلاق جهد فعل. يتسبب إطلاق الناقل العصبي في المشابك المثبطة في إمكانات ما بعد المشبك المثبطة (IPSPs) ، وهي فرط استقطاب الغشاء قبل المشبكي. على سبيل المثال ، عندما يتم إطلاق الناقل العصبي GABA (حمض جاما أمينوبوتيريك) من عصبون ما قبل المشبكي ، فإنه يرتبط بقنوات Cl & # 8211 ويفتحها. تدخل أيونات Cl & # 8211 الخلية وتفرط في استقطاب الغشاء ، مما يجعل العصبون أقل احتمالية لإطلاق جهد فعل.

بمجرد حدوث النقل العصبي ، يجب إزالة الناقل العصبي من الشق المشبكي حتى يمكن إعادة ضبط الغشاء بعد المشبكي ويكون جاهزًا لاستقبال إشارة أخرى. يمكن تحقيق ذلك بثلاث طرق: يمكن أن ينتشر الناقل العصبي بعيدًا عن الشق المشبكي ، أو يمكن أن يتحلل بفعل الإنزيمات الموجودة في الشق المشبكي ، أو يمكن إعادة تدويره (يسمى أحيانًا إعادة امتصاص) بواسطة العصبون قبل المشبكي. تعمل العديد من الأدوية في هذه الخطوة من النقل العصبي. على سبيل المثال ، تعمل بعض الأدوية التي تُعطى لمرضى الزهايمر عن طريق تثبيط إنزيم أستيل كولينستراز ، وهو الإنزيم الذي يحلل الأستيل كولين. يؤدي تثبيط الإنزيم بشكل أساسي إلى زيادة النقل العصبي في نقاط الاشتباك العصبي التي تطلق الأسيتيل كولين. بمجرد إطلاقه ، يبقى الأسيتيل كولين في الشق ويمكن أن يرتبط باستمرار ويفك ارتباطه بمستقبلات ما بعد المشبكي.

وظيفة الناقل العصبي والموقع
ناقل عصبي مثال موقع
أستيل كولين الجهاز العصبي المركزي و / أو الجهاز العصبي المحيطي
أمين حيوي المنشأ الدوبامين ، السيروتونين ، النوربينفرين الجهاز العصبي المركزي و / أو الجهاز العصبي المحيطي
حمض أميني جلايسين ، جلوتامات ، أسبارتاتي ، حمض جاما أمينوبوتيريك الجهاز العصبي المركزي
نيوروببتيد المادة P ، الإندورفين الجهاز العصبي المركزي و / أو الجهاز العصبي المحيطي

المشبك الكهربائي

في حين أن عدد المشابك الكهربائية أقل من عدد المشابك الكيميائية ، إلا أنها توجد في جميع الأجهزة العصبية وتلعب أدوارًا مهمة وفريدة من نوعها. إن طريقة النقل العصبي في المشابك الكهربائية مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في المشابك الكيميائية. في المشبك الكهربائي ، تكون الأغشية قبل المشبكية وما بعد المشبك متقاربة جدًا من بعضها البعض وترتبط فعليًا ببروتينات القناة التي تشكل تقاطعات فجوة. تسمح تقاطعات الفجوة للتيار بالمرور مباشرة من خلية إلى أخرى. بالإضافة إلى الأيونات التي تحمل هذا التيار ، يمكن للجزيئات الأخرى ، مثل ATP ، أن تنتشر عبر مسام الوصلات ذات الفجوة الكبيرة.

هناك اختلافات أساسية بين المشابك الكيميائية والكهربائية. نظرًا لأن المشابك الكيميائية تعتمد على إطلاق جزيئات الناقل العصبي من الحويصلات المشبكية لتمرير إشاراتها ، فهناك تأخير يصل إلى جزء من الألف من الثانية تقريبًا بين وصول إمكانات المحور العصبي إلى الطرف قبل المشبكي وعندما يؤدي الناقل العصبي إلى فتح قنوات أيونية ما بعد المشبكي. بالإضافة إلى ذلك ، هذه الإشارة أحادية الاتجاه. على النقيض من ذلك ، فإن التشوير في المشابك الكهربائية يكون فوريًا تقريبًا (وهو أمر مهم للمشابك المتضمنة في ردود الفعل الرئيسية) ، وبعض المشابك الكهربائية ثنائية الاتجاه. تعتبر المشابك الكهربائية أيضًا أكثر موثوقية حيث تقل احتمالية انسدادها ، وهي مهمة لمزامنة النشاط الكهربائي لمجموعة من الخلايا العصبية. على سبيل المثال ، يُعتقد أن المشابك الكهربائية في المهاد تنظم نوم الموجة البطيئة ، ويمكن أن يتسبب تعطيل هذه المشابك في حدوث نوبات.

جمع الإشارة

في بعض الأحيان ، يكون EPSP واحدًا قويًا بما يكفي للحث على إمكانية عمل في الخلايا العصبية بعد المشبكي ، ولكن غالبًا ما يجب أن تخلق مدخلات متعددة قبل المشبك EPSPs في نفس الوقت تقريبًا حتى يتم إزالة الاستقطاب بشكل كافٍ للخلايا العصبية بعد المشبكية لإطلاق إمكانات فعلية. تسمى هذه العملية التجميع وتحدث عند التل المحوري ، كما هو موضح في (الشكل). بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تحتوي إحدى الخلايا العصبية على مدخلات من العديد من الخلايا العصبية قبل المشبكية - بعضها مثير وبعضها مثبط - لذلك يمكن لـ IPSPs إلغاء EPSPs والعكس صحيح. إن التغيير الصافي في جهد الغشاء بعد المشبكي هو الذي يحدد ما إذا كانت خلية ما بعد المشبك قد وصلت إلى عتبة الإثارة اللازمة لإطلاق جهد فعل. يعمل الجمع المتشابك معًا وعتبة الإثارة كمرشح بحيث لا يتم نقل "الضوضاء" العشوائية في النظام كمعلومات مهمة.

الشكل 8. يمكن أن تتلقى خلية عصبية واحدة مدخلات مثيرة ومثبطة من عدة خلايا عصبية ، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء المحلي (إدخال EPSP) وفرط الاستقطاب (إدخال IPSP). تتم إضافة كل هذه المدخلات معًا في محور محور عصبي. إذا كانت EPSPs قوية بما يكفي للتغلب على IPSPs والوصول إلى عتبة الإثارة ، فإن العصبون سوف ينطلق.

اتصال يومي

واجهة الدماغ والحاسوب
التصلب الجانبي الضموري (ALS ، ويسمى أيضًا مرض Lou Gehrig’s) هو مرض عصبي يتميز بتنكس الخلايا العصبية الحركية التي تتحكم في الحركات الإرادية. يبدأ المرض بضعف العضلات وقلة التنسيق وفي النهاية يدمر الخلايا العصبية التي تتحكم في الكلام والتنفس والبلع في النهاية ، يمكن أن يؤدي المرض إلى الشلل. في هذه المرحلة ، يحتاج المرضى إلى مساعدة من الآلات حتى يتمكنوا من التنفس والتواصل. تم تطوير العديد من التقنيات الخاصة للسماح للمرضى "المحبوسين" بالتواصل مع بقية العالم. تسمح إحدى التقنيات ، على سبيل المثال ، للمرضى بكتابة الجمل عن طريق نفض الخد. يمكن بعد ذلك قراءة هذه الجمل بصوت عالٍ بواسطة الكمبيوتر.

هناك خط بحث جديد نسبيًا لمساعدة المرضى المشلولين ، بما في ذلك المصابين بمرض التصلب الجانبي الضموري ، على التواصل والاحتفاظ بدرجة من الاكتفاء الذاتي يسمى تقنية واجهة الكمبيوتر والدماغ (BCI) وهو موضح في (الشكل). تبدو هذه التكنولوجيا وكأنها شيء من الخيال العلمي: فهي تسمح للمرضى المشلولين بالتحكم في جهاز الكمبيوتر باستخدام أفكارهم فقط. هناك عدة أشكال من BCI. تستخدم بعض الأشكال تسجيلات مخطط كهربية الدماغ من أقطاب كهربائية مثبتة على الجمجمة. تحتوي هذه التسجيلات على معلومات من مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية التي يمكن فك تشفيرها بواسطة الكمبيوتر. تتطلب الأشكال الأخرى من BCI زرع مجموعة من الأقطاب الكهربائية أصغر من طابع بريدي في منطقة الذراع واليد في القشرة الحركية. هذا الشكل من BCI ، على الرغم من أنه أكثر توغلًا ، إلا أنه قوي جدًا حيث يمكن لكل قطب كهربائي تسجيل جهود فعل فعلية من خلية عصبية واحدة أو أكثر. ثم يتم إرسال هذه الإشارات إلى جهاز كمبيوتر تم تدريبه على فك تشفير الإشارة وتزويدها بأداة - مثل مؤشر على شاشة الكمبيوتر. هذا يعني أن المريض المصاب بمرض التصلب الجانبي الضموري يمكنه استخدام البريد الإلكتروني وقراءة الإنترنت والتواصل مع الآخرين من خلال التفكير في تحريك يده أو ذراعه (على الرغم من أن المريض المصاب بالشلل لا يمكنه القيام بهذه الحركة الجسدية). سمحت التطورات الحديثة لمريض مشلول محبوس عانى من سكتة دماغية منذ 15 عامًا بالتحكم في ذراع آلية وحتى لإطعام القهوة بنفسه باستخدام تقنية BCI.

على الرغم من التطورات المذهلة في تقنية BCI ، إلا أن لها أيضًا قيودًا. يمكن أن تتطلب التكنولوجيا ساعات عديدة من التدريب وفترات طويلة من التركيز المكثف للمريض ، كما يمكن أن تتطلب جراحة في الدماغ لزرع الأجهزة.

الشكل 9. باستخدام تقنية واجهة الدماغ والحاسوب ، يتم جمع الإشارات العصبية من مريض مشلول وفك تشفيرها ثم إدخالها إلى أداة ، مثل جهاز كمبيوتر أو كرسي متحرك أو ذراع آلية.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو الذي تستخدم فيه امرأة مشلولة ذراعًا آليًا يتحكم فيه دماغها لإحضار مشروب إلى فمها ، من بين صور أخرى لتكنولوجيا واجهة الكمبيوتر والدماغ أثناء العمل.

اللدونة متشابك

نقاط الاشتباك العصبي ليست هياكل ثابتة. يمكن إضعافها أو تقويتها. يمكن كسرها ، ويمكن صنع نقاط الاشتباك العصبي الجديدة. تسمح اللدونة المشبكية بهذه التغييرات ، وكلها ضرورية من أجل عمل الجهاز العصبي. في الواقع ، اللدونة المتشابكة هي أساس التعلم والذاكرة. عمليتان على وجه الخصوص ، التقوية طويلة المدى (LTP) والاكتئاب طويل المدى (LTD) هما شكلان مهمان من اللدونة المشبكية التي تحدث في نقاط الاشتباك العصبي في قرن آمون ، وهي منطقة دماغية تشارك في تخزين الذكريات.

القوة طويلة المدى (LTP)

التقوية طويلة المدى (LTP) هي تقوية مستمرة للوصلة المشبكية. يعتمد LTP على مبدأ Hebbian: الخلايا التي تنطلق معًا تتشابك معًا. هناك آليات مختلفة ، غير مفهومة تمامًا ، وراء التعزيز التشابكي المرئي مع LTP. تتضمن إحدى الآليات المعروفة نوعًا من مستقبلات الجلوتامات بعد المشبكي ، تسمى مستقبلات NMDA (N-Methyl-D-aspartate) ، كما هو موضح في (الشكل). عادة ما يتم حظر هذه المستقبلات بواسطة أيونات المغنيسيوم ، ومع ذلك ، عندما يتم إزالة استقطاب الخلايا العصبية بعد المشبكية بواسطة مدخلات متعددة قبل المشبكي في تتابع سريع (إما من خلية عصبية واحدة أو خلايا عصبية متعددة) ، يتم إجبار أيونات المغنيسيوم على الخروج للسماح لأيونات الكالسيوم بالمرور إلى الخلية ما بعد المشبكي. بعد ذلك ، تبدأ أيونات Ca 2+ التي تدخل الخلية في سلسلة إشارات تتسبب في نوع مختلف من مستقبلات الجلوتامات ، تسمى AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) ، ليتم إدخالها في مستقبلات ما بعد المشبكي. الغشاء ، حيث تسمح مستقبلات AMPA المنشطة للأيونات الموجبة بدخول الخلية. لذلك ، في المرة التالية التي يتم فيها إطلاق الغلوتامات من الغشاء قبل المشبكي ، سيكون له تأثير مثير أكبر (EPSP) على خلية ما بعد المشبك لأن ارتباط الغلوتامات بمستقبلات AMPA سيسمح بدخول المزيد من الأيونات الموجبة إلى الخلية. يؤدي إدخال مستقبلات AMPA الإضافية إلى تقوية المشبك ويعني أن الخلايا العصبية بعد المشبكية من المرجح أن تنطلق استجابةً لإطلاق ناقل عصبي ما قبل المشبكي. بعض العقاقير المخدرة تستحوذ على مسار LTP ، ويمكن أن يؤدي هذا التعزيز التشابكي إلى الإدمان.

الاكتئاب طويل الأمد (LTD)

الاكتئاب طويل المدى (LTD) هو في الأساس عكس LTP: إنه إضعاف طويل المدى للاتصال المشبكي. تتضمن إحدى الآليات المعروفة بأنها تسبب LTD أيضًا مستقبلات AMPA. في هذه الحالة ، يبدأ الكالسيوم الذي يدخل من خلال مستقبلات NMDA سلسلة إشارات مختلفة ، مما يؤدي إلى إزالة مستقبلات AMPA من الغشاء بعد المشبكي ، كما هو موضح في (الشكل). يؤدي الانخفاض في مستقبلات AMPA في الغشاء إلى جعل الخلايا العصبية بعد المشبكية أقل استجابة للجلوتامات المنبعثة من الخلايا العصبية قبل المشبكية. في حين أنه قد يبدو غير بديهي ، قد يكون LTD بنفس أهمية التعلم والذاكرة مثل LTP. إن إضعاف وتقليم المشابك غير المستخدمة يسمح بفقدان الاتصالات غير المهمة ويجعل نقاط الاشتباك العصبي التي خضعت لـ LTP أقوى بكثير بالمقارنة.

الشكل 10. يمكن أن يؤدي دخول الكالسيوم من خلال مستقبلات NMDA بعد المشبكي إلى بدء شكلين مختلفين من اللدونة المشبكية: التقوية طويلة المدى (LTP) والاكتئاب طويل الأمد (LTD). ينشأ LTP عندما يتم تحفيز مشابك واحدة بشكل متكرر. يتسبب هذا التحفيز في سلسلة خلوية تعتمد على الكالسيوم و CaMKII ، مما يؤدي إلى إدخال المزيد من مستقبلات AMPA في غشاء ما بعد المشبكي. في المرة التالية التي يتم فيها إطلاق الغلوتامات من الخلية قبل المشبكية ، فإنه سيرتبط بكل من NMDA ومستقبلات AMPA التي تم إدخالها حديثًا ، وبالتالي إزالة استقطاب الغشاء بشكل أكثر كفاءة. يحدث LTD عندما يرتبط عدد قليل من جزيئات الجلوتامات بمستقبلات NMDA عند المشبك (بسبب معدل إطلاق منخفض للخلايا العصبية قبل المشبكي). يبدأ الكالسيوم الذي يتدفق عبر مستقبلات NMDA سلسلة مختلفة تعتمد على الكالسينورين والبروتين الفوسفاتيز 1 ، مما يؤدي إلى الالتقام الخلوي لمستقبلات AMPA. هذا يجعل الخلايا العصبية بعد المشبكية أقل استجابة للغلوتامات المنبعثة من الخلايا العصبية قبل المشبكية.

ملخص القسم

تحتوي الخلايا العصبية على أغشية مشحونة بسبب وجود تركيزات مختلفة من الأيونات داخل وخارج الخلية. تتحكم القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي في حركة الأيونات داخل وخارج الخلية العصبية. عندما يتم إزالة استقطاب الغشاء العصبي إلى حد الإثارة على الأقل ، يتم إطلاق جهد فعل. ثم يتم نشر جهد الفعل على طول محور عصبي النخاعي إلى أطراف المحاور. في المشبك الكيميائي ، يتسبب جهد الفعل في إطلاق جزيئات الناقل العصبي في الشق المشبكي. من خلال الارتباط بمستقبلات ما بعد المشبكي ، يمكن للناقل العصبي أن يسبب إمكانات ما بعد المشبكية المثيرة أو المثبطة عن طريق إزالة الاستقطاب أو فرط الاستقطاب ، على التوالي ، الغشاء بعد المشبكي. في المشابك الكهربائية ، يتم توصيل جهد الفعل مباشرة إلى الخلية ما بعد المشبكي من خلال وصلات الفجوة - بروتينات القناة الكبيرة التي تربط الأغشية قبل وبعد المشبكي. نقاط الاشتباك العصبي ليست هياكل ثابتة ويمكن تقويتها وإضعافها. آليتان من اللدونة المشبكية هما التقوية طويلة المدى والاكتئاب طويل الأمد.

اتصالات فنية

(الشكل) حاصرات قنوات البوتاسيوم ، مثل الأميودارون والبروكيناميد ، والتي تُستخدم لعلاج النشاط الكهربائي غير الطبيعي في القلب ، والتي تسمى خلل النظم القلبي ، تعرقل حركة K من خلال قنوات K ذات الجهد الكهربائي. أي جزء من جهد الفعل تتوقع أن تؤثر عليه قنوات البوتاسيوم؟

(الشكل) تعمل حاصرات قنوات البوتاسيوم على إبطاء مرحلة عودة الاستقطاب ، ولكن ليس لها تأثير على نزع الاستقطاب.

راجع الأسئلة

لكي يطلق العصبون جهد فعل ، يجب أن يصل غشاءه إلى ________.

  1. فرط الاستقطاب
  2. عتبة الإثارة
  3. فترة الحراريات
  4. الجهد المثبط بعد المشبكي

بعد جهد الفعل ، يؤدي فتح قنوات ________ إضافية ببوابة الجهد وتعطيل قنوات الصوديوم إلى عودة الغشاء إلى إمكانات غشاء الراحة.

ما هو مصطلح قنوات البروتين التي تربط بين اثنين من الخلايا العصبية في المشبك الكهربائي؟

  1. الحويصلات المشبكية
  2. القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي
  3. بروتين مفرق الفجوة
  4. مضخات تبادل الصوديوم والبوتاسيوم

أي من الجزيئات التالية هو ليس تشارك في صيانة إمكانات غشاء الراحة؟

إستجابة مجانية

كيف يساعد الميالين في انتشار جهد الفعل على طول محور عصبي؟ كيف تساعد عُقد رانفييه في هذه العملية؟

يمنع المايلين تسرب التيار من المحور العصبي. تسمح عقد Ranvier بإعادة توليد إمكانية العمل في نقاط محددة على طول المحور العصبي. كما أنها توفر الطاقة للخلية نظرًا لأن القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي وناقلات الصوديوم والبوتاسيوم ليست ضرورية على طول الأجزاء النخاعية من المحور العصبي.

ما هي الخطوات الرئيسية في النقل العصبي الكيميائي؟

ينتقل جهد الفعل على طول محور عصبي حتى يزيل استقطاب الغشاء عند طرف محور عصبي. يؤدي إزالة الاستقطاب من الغشاء إلى فتح قنوات Ca 2+ ذات الجهد الكهربائي ودخول Ca 2+ إلى الخلية. يتسبب تدفق الكالسيوم داخل الخلايا في اندماج الحويصلات المشبكية التي تحتوي على ناقل عصبي مع الغشاء قبل المشبكي. ينتشر الناقل العصبي عبر الشق المشبكي ويرتبط بمستقبلات على الغشاء بعد المشبكي. اعتمادًا على الناقل العصبي المحدد ومستقبل ما بعد المشبكي ، يمكن أن يتسبب هذا الإجراء في دخول أيونات موجبة (محتملة بعد المشبكية مثيرة) أو سلبية (إمكانات ما بعد المشبكية المثبطة) لدخول الخلية.

صف كيف يمكن أن تؤدي التقوية طويلة المدى إلى إدمان النيكوتين.

يصف التقوية طويلة المدى العملية التي من خلالها يزيد التعرض لمحفز من احتمالية إزالة استقطاب الخلايا العصبية استجابة لذلك المنبه في المستقبل. يسبب التعرض للنيكوتين تقوية طويلة الأمد للخلايا العصبية في اللوزة وينشط مراكز المكافأة في الدماغ. مع استمرار التعرض للنيكوتين ، تعزز التقوية طويلة المدى تنشيط مسارات المكافأة استجابة لاستهلاك النيكوتين.


أساليب

تم تحضير شرائح أنسجة الحصين من ذكور فئران سبراغ-داولي المخدرة بالإيثر بوزن 120-260 جم ​​(بعمر 4-7 أسابيع). بعد قطع الرأس ، تمت إزالة الدماغ بسرعة من الجمجمة ووضعه في السائل النخاعي الاصطناعي المبرد (ACSF) لمدة 1-2 دقيقة. تم فصل نصفي الكرة الأرضية ، وعزل أحد الحصينين ، وتم قطع شرائح عرضية بسمك 400 ميكرومتر باستخدام مفرمة نسيج. تم نقل الشرائح إلى غرفة تسجيل واجهة بأسلوب أوسلو وتركت دون إزعاج لمدة 90 دقيقة على الأقل. تم الاحتفاظ بغرفة التسجيل عند درجة حرارة 34.5-35.5 درجة مئوية. تم تهويتها بشكل مستمر بنسبة 95٪ O2-5٪ كو2 (400 مل / دقيقة) ومروي مع ACSF المؤكسج (1.5 مل / دقيقة). تم إحداث نقص الأكسجة عن طريق تحويل إمداد الغرفة بالغاز إلى 95٪ N2-5٪ كو2. استغرق تبادل محلول الاستحمام حوالي 5 دقائق واكتمل نشر الأدوية المطبقة في الشريحة في حوالي 30 دقيقة.


تأثير الأوليغوميسين على النشاط الكهربائي لعضلات الضفدع الأذينية وتأثير تباين [Ca 2+]0 تركيز

تمت دراسة تأثير الأوليغوميسين على النشاط الكهربائي في الألياف الأذينية للضفدع باستخدام تقنية فجوة السكروز المزدوجة للتيار والجهد. أيضا ، تم قياس الانكماش المصاحب. أظهرت دراسات المشابك الحالية أن الأوليغوميسين قلل من سعة الذروة ومدة جهد الفعل ، وكذلك قلص تأثير القوة الانقباضية مع زيادة التركيز. حدث الاسترداد بعد الغسل ، ولكن هذا أيضًا كان يعتمد على التركيز على المثبط ، مع عدم تحقيق الاسترداد إذا تجاوز تركيز المثبط قيمة معينة. أظهر مشبك الجهد انخفاضًا ملحوظًا في السعة الحالية البطيئة إلى الداخل وتحولًا سلبيًا لإمكانات الانعكاس. بالإضافة إلى ذلك ، تسبب الأوليغوميسين في زيادة طفيفة في التيار الخارج المتأخر ، وهذه الزيادة لا تحدث في مرحلة عودة الاستقطاب المبكر لإمكانات الفعل. في وجود أوليغوميسين مع فائض [Ca 2+]0 تم تقصير جهد الفعل ، لكن اتساعه زاد. الزيادة [Ca 2+]0 أثناء التثبيط ، أدى أيضًا إلى زيادة سعة التيار الداخلي البطيء وتحويل إمكانية الانعكاس نحو قيمة أكثر إيجابية. تشير هذه النتائج إلى أنه عندما يتم تثبيط اقتران التنفس مع الفسفرة المؤكسدة ، ينخفض ​​مستوى ATP في الساركوبلازم ، مما يؤدي إلى زيادة تركيز Ca 2+ داخل الخلايا ، وبالتالي تقليل تدرج تركيز Ca 2+ عبر الغشاء. هذا يقلل من القوة الدافعة Ca 2+ التي تعتمد على Ca ويغير سعة احتمال الفعل ، جنبًا إلى جنب مع توصيل القناة البطيئة (التي تعتمد على Ca 2+) مما يؤدي إلى تقليل اقتران الإثارة والتقلص.


قياسات البوتاسيوم خارج الخلية بواسطة K. + أقطاب كهربائية انتقائية

تمت معالجة الشعيرات الدموية البورسليكات مزدوجة الماسورة بحمض الكبريتيك المذاب في 30٪ H2O ، مغسول ومعالج بتركيزات متزايدة من الأسيتون لإزاحة الماء وتحسين التجفيف. تم تجفيف الماصات عند 100 درجة مئوية ثم تم سحبها بواسطة مجتذب عمودي PB-7 (ناريشيجي). تم الحصول على أقطاب كهربائية دقيقة بقطر طرف يبلغ 3 ميكرومتر. تمت معالجة البرميل الحساس للأيونات باستخدام ثلاثي ميثيل كلورو سيلان ، وتم ردم طرفه بمحلول انتقائي للبوتاسيوم (كوكتيل FLUKA "B"). تم ملء بقية البرميل الانتقائي للبوتاسيوم بـ KCl (140 ملم). تم ملء البرميل المرجعي بـ ACSF. تم استخدام مضخم Dagan ثنائي التفاضل (IX2-700) لتسجيلات نشاط البوتاسيوم. تم ترقيم الإشارات وتخزينها على الكمبيوتر. تم طرح إمكانات المجال من الإمكانات المسجلة من البرميل الانتقائي للأيونات لتشريح المساهمة المنسوبة إلى التغييرات في نشاط K +. تم تحضير مجموعة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة في اليوم السابق للتجارب. تمت معايرة الأقطاب الكهربائية قبل التجارب وبعدها للتحقق من ثباتها بمرور الوقت. تم الحصول على العلاقة بين القوة الدافعة الكهربائية التي يقرأها المقياس الكهربائي والقوة الدافعة المقابلة [K +] من خلال ملاءمة معادلة نيكولسكي-أيزنمان لنقاط المعايرة التجريبية. اخترنا FLUKA كوكتيل "B" ، وهو مبادل سائل قائم على فالينومايسين ، لانتقائه الأكبر للبوتاسيوم في وجود الكاتيونات أو الأدوية المتداخلة. لتقييم آثار جميع الأدوية المختبرة على تراكم K + خارج الخلية ، قمنا بمعايرة الأقطاب الكهربائية في وجودها وغيابها وقمنا بتحليل أدائها. لم يؤثر Ba 2+ (200 ميكرومتر) ولا DHO (5 ميكرومتر) على منحدر استجابة القطب ، ولم يتسبب أي منهما في تحولات التيار المستمر لقراءتهما المحتملة ، والتي قد تكون مخطئة للتغيرات في [K +] خارج الخلية (عمان 1986). تمت معايرة كل مسرى دقيق K + انتقائي (KSM) باستخدام ACSF حيث تم تعويض زيادة K عن طريق إزالة أيزومولار Na. تم استخدام تركيزات البوتاسيوم من 3 و 4.35 و 6 و 12 و 30 ملي مولار ، مع أو بدون الدواء المعني ، للمعايرة. تم استخدام فقط KSMs التي تظهر منحدرات 40-60 mV لتغيير 10 أضعاف في [K +]. إذا حدث ، بعد التسجيل ، انخفاض في استجابة KSM (إلى منحدر & lt40 mV / عقد) ، تم تجاهل النتائج. تم وضع KSMs باستمرار على عمق 150 ميكرومتر في CA3 الطبقة الهرمية.


نشر إمكانية العمل

الشكل 4. انتشار جهد فعل على طول محور عصبي. ينتشر جهد الفعل في اتجاه واحد ، بعيدًا عن جسم الخلية وباتجاه اللمبة النهائية. يُظهر هذا الرسم التوضيحي أربعة مجالات متميزة للغشاء المحوري والحالات التوافقية لقنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي في كل مجال ، مع انتشار جهد الفعل من اليسار إلى اليمين. تحتوي منطقة الغشاء منزوعة الاستقطاب على قنوات صوديوم مفتوحة ذات جهد كهربائي تسمح بتدفق أيونات الصوديوم. ينتج عن هذا زيادة في إمكانات الغشاء. . سيؤدي هذا الاستقطاب إلى إطلاق جهد عمل جديد في منطقة الغشاء أمامه مباشرة (المنطقة التي سيتم فيها تشغيل جهد الفعل التالي) عن طريق فتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. خلف المنطقة المستقطبة من الغشاء مباشرة توجد المنطقة المقاومة للحرارة ، والتي لا يمكنها بدء جهد عمل جديد. لقد حدثت بالفعل إمكانات الفعل في هذه المنطقة وتبقى قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي غير نشطة ، وبالتالي فهي مقاومة لاستقطاب الغشاء في المنطقة المجاورة ولا تفتح. علاوة على ذلك ، على طول المحور المحوري ، توجد المنطقة في حالة الراحة ، والتي خضعت لإمكانات فعلية وتعافت من فترة الانكسار وهي الآن جاهزة لاحتمال الفعل التالي.

يحدث جهد الفعل على مساحة صغيرة نسبيًا من غشاء محور عصبي. ينتشر على طول المحور العصبي من خلال موجات إزالة الاستقطاب وعودة الاستقطاب التي تنتقل على طول اللمبة الطرفية. في معظم اللافقاريات ، يكون طول المحور العصبي بأكمله قادرًا على إحداث جهد فعل ، ويؤدي الاستقطاب الأولي لرقعة صغيرة واحدة من المحور العصبي إلى إطلاق جهد عمل جديد في المنطقة المجاورة للمحور. القول بأن جهد الفعل ينتشر على طول المحور العصبي هو أمر مضلل إلى حد ما. في الواقع ، يتم تجديده من جديد في كل رقعة جديدة من الغشاء تمتد باتجاه النهاية. بهذه الطريقة ، لا تتضاءل سعة جهد الفعل لأنها تتحرك على طول المحور العصبي. ينتشر جهد الفعل لأن المنطقة التي أنتجت للتو إمكانات فعلية مقاومة للحرارة لفترة وجيزة من الزمن ، لكن المنطقة المجاورة تزيل الاستقطاب قليلاً ، مما يؤدي إلى إطلاق جهد فعل جديد (انظر الشكل 4).

الشكل 5. محور عصبي النخاعي. تمتلك معظم الخلايا العصبية الفقارية غمدًا من المايلين ملفوفًا حول المحور العصبي. يتكون غمد المايلين من أغشية البلازما للخلايا الداعمة. في هذا المثال من الخلايا العصبية الحركية ، يُحاط المحور العصبي بخلايا شوان. ينقطع غمد المايلين بشكل دوري عند عُقد رانفييه. يمكن أن يحدث جهد الفعل فقط في عُقد رانفييه. يؤدي نزع الاستقطاب في إحدى العقدة إلى إطلاق جهد فعل في العقدة المجاورة. تنتشر جهود الفعل نحو اللمبة الطرفية.

معظم محاور الفقاريات مغطاة بالدهون الغنية أغلفة المايلين، التي تنتجها الخلايا الداعمة التي تعمل على عزل المحور العصبي وتقييد منطقة المحور العصبي التي يمكن أن تنتج جهد فعل. غمد المايلين ليس مستمرًا ولكن له انقطاعات يشار إليها باسم العقد رانفييه. تتجمع القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي في هذه العقد ، حيث يمكن تجديد إمكانات العمل. In a myelinated axon, the action potential does not propagate continuously along the axon (as described above). Rather, depolarization occurs only at the nodes and the action potential at one node triggers depolarization at the next node (see Figure 5). In this fashion, the action potential is propagated along greater distances, increasing the conductance by twenty-fold.


نتائج

Action Potential Morphology

The evolution of action potential durations throughout reperfusion for each simulation are provided in Fig. 4A . Representative action potentials are shown in Fig. 5 . Inhibiting recovery produces only small changes in APD relative to control (black squares are strongly overlapped by both sets of green lines in Fig. 4 ). Interestingly, the mean APD was slightly shorter when was allowed to recover slightly to 6.4 (see Text S1).

The evolution of action potential duration (90) () (A), action potential amplitude (APA) (B), and resting membrane potential (RMP) (C) throughout reperfusion are shown for the subset of simulations shown in Fig. 3 . Values recorded at the end of preischemia, at the beginning of reperfusion (R0), and once per minute of reperfusion (R1–R10) are shown. Control and Dual Clamp simulations are represented by black squares and circles, respectively. pH Clamp and pH 7.9 simulations are represented by green circles and triangles, respectively. ATP Clamp, ATP 50, and ATP 200 simulations are represented by red circles, diamonds, and triangles, respectively. Simulations were performed using a pacing rate of 3 Hz. Results for the full set of 3 Hz simulations can be found in Text S1.

Action potentials and current traces for NCX, NaK, , ، و were recorded just before the onset of ischemia, at the end of ischemia, after 1 minute of reperfusion, and after 10 minutes of reperfusion. Each panel represents 333 ms (the cycle length used in these simulations). Within each row, the scales of all four panels are shown to the far left. Control and Dual Clamp simulations are represented by black solid and dashed lines, respectively. pH Clamp and pH 7.9 simulations are represented by green dashed and solid lines, respectively. ATP Clamp, ATP 50, and ATP 200 simulations are represented by red dashed, dotted, and solid lines, respectively. For panels in the first two columns, all lines are superimposed, as the simulation protocols differed only after the onset of reperfusion.

On the other hand, phosphometabolites played a much more significant role in the evolution of action potential duration during reperfusion. In particular, most of the effects seen in the Dual Clamp simulation appear to be caused by reductions in ATP and PCr availability (strong overlap between black circles and red circles in Fig. 4 ). Also, there is a clear relationship between the amount of ATP and PCr made available during reperfusion and APD. It was noted that unless more ATP and PCr were made available than during the control simulation, APD would increase over the first two minutes of reperfusion, then fall toward a lower steady state value.

In Fig. 4B , action potential amplitudes (APA) are reported for every minute of reperfusion for each simulation, along with the starting preischemic value. As was the case for APD, phosphometabolites appear to play a bigger role in restoring normal amplitude than does pH. For both pH and phosphometabolites, there was a direct relationship between the end-reperfusion target values and mean APA. Also, as with APD, in many simulations there was an initial increase over the first two minutes of reperfusion, followed by a decrease. The presence and severity of this decrease depended on how much ATP and PCr were made available during reperfusion (red lines), or to a lesser degree, the amount of pH recovery (green lines).

The evolution of resting membrane potential (RMP) throughout reperfusion in each simulation is presented in Fig. 4C . Again, phosphometabolite availability during reperfusion appears to play a bigger role than does the extent of pH recovery. There are straightforward relationships between RMP during reperfusion and pH recovery and phosphometabolite availability. These relationships are mediated by intracellular potassium, which as discussed later, depends on NaK function.

Fig. 6 presents the mean APD, APA, and RMP during reperfusion for each of the seven simulations summarized in Fig. 3 at three different pacing rates. Action potential characteristics and ion homeostasis are all rate-dependent, so differences would be expected between pacing rates. However, despite these differences, the trends across the seven pacing protocols were the same for all three pacing rates. The shortest action potential durations and amplitudes were observed in the Dual and ATP Clamp protocols, regardless of pacing rate, while the largest durations and amplitudes were observed in the ATP 200 protocol. Similarly, RMP was most depolarized in the Dual Clamp simulations, regardless of pacing rate, while hyperpolarization was greatest with the ATP 200 protocol.

يقصد , APA and RMP during reperfusion.

Each of the seven simulation protocols summarized in Fig. 3 were run at three pacing rates: 2 Hz (blue), 3 Hz (red), and 4 Hz (green). For each simulation, the mean APD (A), APA (B), and RMP (C) were calculated for the 10 minutes of reperfusion. For each pacing rate, the mean and APA values are normalized to the control simulation. Mean values for the full set of simulations that were run using a pacing rate of 3 Hz can be found in Text S1.

In summary, the extremes of action potential morphology were associated with the most extreme perturbations to ATP and PCr availability during reperfusion. Alterations to action potential morphology differ relatively little from control whether is clamped at its end-ischemic value or forced to an even higher value than control during reperfusion. In contrast, changes in action potential morphology when ATP and PCr availability are clamped at end-ischemic values are similar to those seen when both pH and phosphometabolites are clamped (Dual Clamp). These observations suggest that phosphometabolite status plays a larger role than pH during reperfusion.

Transmembrane Currents

For each simulation, we calculated the mean current through all 17 electrogenic transmembrane flux sources over the 10 minutes of simulated reperfusion. These values are reported in tables in Text S1. In each table, mean currents for the control and dual clamp (both and phosphometabolites clamped at end-ischemic values) simulations are also provided. These mean currents were normalized to their corresponding control values and are illustrated in Fig. 7 for the simulations shown in Fig. 3 (3 Hz only).

For each of 17 transmembrane currents, mean current in each simulation summarized in Fig. 3 is normalized to the corresponding control. Currents that are directly modulated by pH and/or phosphometabolite concentrations are shown in red boxes. Simulations were run using a pacing rate of 3 Hz. Mean currents for the full set of 3 Hz simulations are provided in Text S1.

Unsurprisingly, both NCX and NaK experienced substantial reductions in current when recovery was inhibited ( Fig. 7A (purple and light blue)). Both of these exchangers saw an approximate 40 percent reduction in mean current when was clamped, and demonstrated a direct relationship between mean current and the amount of pH recovery allowed. Currents through the L-type calcium channel ( Fig. 7B (blue, red, and green)) and, to a lesser extent, ( Fig. 7D (light blue)) manifested changes when different degrees of pH recovery were allowed. ل , these effects result from differences in ADP concentration (this current is sensitive to changes in ADP, which in turn responds to changes in pH), but for , which is not modulated by ADP in our model, these effects can only be the result of changes in ion concentrations and hence driving force. Additional currents, not subject to direct modulation by either pH or phosphometabolites, exhibited substantial alterations in mean current: ( Fig. 7B (purple)), ( Fig. 7C (green)), ( Fig. 7D (red)), and ( Fig. 7D (purple)). Individual current traces for NCX, NaK, and are shown below their corresponding action potentials in Fig. 5 .

When phosphometabolite availability was altered during reperfusion, some of the most dramatic results were observed in components sensitive to phosphometabolite concentrations. NaK ( Fig. 7A (purple)) and L-type calcium channel currents ( Fig. 7B (blue, red, and green lines)) experienced greater than 80 percent reductions in mean current at the lowest ATP and PCr concentrations. However, other currents exhibited significant changes despite not being modulated by phosphometabolites. Notably, NCX current changes were nearly identical to those exhibited by NaK ( Fig. 7A (purple and light blue, respectively)). بالإضافة الى، , و exhibited marked reductions in mean current ( Fig. 7D (dark blue, red and green lines, respectively)) at low concentrations of ATP and PCr. Conversely, these currents, especially , increased above control values when ATP and PCr concentrations were increased to levels greater than the control scenario. was dramatically greater during reperfusion in the ATP 200 simulation (see Fig. 5 , bottom row). This appears to be due to the fact that the equation determining reversal potential for this current (adopted from [15]) includes a term for intracellular sodium concentration, which was significantly lower in these simulations.

In summary, the largest alterations to transmembrane current were seen in NCX, NaK, ، و . Additionally, the effects were more severe when phosphometabolite status was perturbed during reperfusion than when pH recovery was perturbed.

Ion Concentrations and pH

When pH recovery was inhibited or phosphometabolite concentrations were not allowed to return to their control values during reperfusion, intracellular sodium concentrations were elevated relative to control ( Fig. 8A ). Conversely, sodium concentrations were lower than control when either pH recovered to a more basic value or higher concentrations of ATP and PCr were allowed. Reducing phosphometabolite availability tended to produce higher peak concentrations than impairing pH recovery. With regard to mean sodium load, phosphometabolite reductions appear to play a more significant role than pH — the differences between the dual clamp simulation and pH and ATP clamp simulations were 4.30 and 0.82 mM, respectively.

Each of the seven simulation protocols summarized in Fig. 3 were run using three pacing rates: 2 Hz (blue), 3 Hz (red), and 4 Hz (green). For each simulation, the peak (circles) and mean (squares) concentrations of intracellular sodium (A) and calcium (B) were recorded during reperfusion. Results for the full compliment of 3 Hz simulations can be found in Text S1.

Inhibiting pH recovery or ATP and PCr during reperfusion produced similar peak intracellular calcium loads, although these maximum loads occurred not when any of the parameters were clamped at their end-ischemic values (i.e. pH and ATP Clamp simulations), but rather when a partial recovery of pH was allowed or the end-reperfusion target for ATP and PCr was somewhere between the end-ischemic clamp and the control protocol ( Fig. 8B (circles) and see Text S1). In terms of mean calcium load, the highest concentration was observed when extracellular pH was clamped at its end-ischemic value ( Fig. 8B (squares)). Allowing extracellular pH to recover to a more basic value, or allowing more ATP and PCr during reperfusion, resulted in lower calcium concentrations relative to control. The dual clamp simulation also produced lower peak calcium load than control, but mean calcium load was slightly higher than control and SR calcium was relatively depleted (not shown). This loss of dynamic range is not surprising, as calcium-handling components of the model are inhibited by low pH and ATP availability.

The relationships between perturbations to pH and phosphometabolite status and sodium and calcium loads persisted across the three pacing rates that we investigated. As can be seen in Fig. 8A , the highest sodium loads were observed in the Dual and ATP Clamp simulations at all pacing rates. Similarly, the lowest sodium loads at all three rates were observed in the ATP 200 simulations. The same was true for intracellular calcium load ( Fig. 8B ) general trends across the seven simulation protocols persisted regardless of the pacing rate used.

Inhibiting extracellular pH recovery or phosphometabolite availability reduced mean intracellular potassium load throughout reperfusion ( Fig. 9A ), though impaired phosphometabolite recovery produced a more substantial effect.

(A) Mean intracellular potassium concentrations. (B) Mean intracellular pH (blue diamonds) and pH after 10 minutes of reperfusion (red squares). These simulations (summarized in Fig. 3 ) were run using a pacing rate of 3 Hz. Full results can be found in Text S1.

As expected, allowing higher end-reperfusion extracellular pH targets was associated with higher end-reperfusion and mean intracellular pH values ( Fig. 9B and Text S1). On the other hand, inhibiting phosphometabolite availability resulted in trivial changes to intracellular pH recovery during reperfusion. The lowest mean and end intracellular pH values were observed in the dual clamp and pH clamp simulations, with the dual clamp scenario resulting in slightly lower pH values. Also, these were the only two simulations in which the end pH ( Fig. 9B (red squares)) was lower than the mean pH (blue diamonds). This appears to be related to the fact that even when extracellular pH is clamped at its end-ischemic value, there is still a significant, albeit temporary recovery in intracellular pH during the first two or so minutes of reperfusion. Following this recovery, abruptly decreases, falling to levels slightly lower than observed at the beginning of reperfusion ( Fig. 10 (red and green lines)). This transient recovery is likely created by a washout of extracellular carbon dioxide, allowing a rapid decrease in intracellular carbon dioxide levels. There may also be a smaller contribution from increased bicarbonate flux through the NBC as extracellular bicarbonate is replenished during reperfusion.

Intracellular pH values during simulated ischemia (gray region) and reperfusion are shown for simulations in which extracellular pH was clamped at the end-ischemic value (green and red lines) or allowed to recover to a specified target (blue, purple, and brown lines). Extracellular pH profiles for these simulations can be seen in Text S1.

Mean ADP concentrations during reperfusion are reported in Text S1. Of note is the mean concentration in the phosphometabolite clamp simulation (𠇊TP Clamp”). This extraordinarily high concentration is caused by the fact that intracellular pH is allowed to recover (as opposed to the dual clamp simulation) but ATP and PCr are held at their low end-ischemic concentrations. The relationship between ATP, PCr, intracellular pH, and ADP can be seen in Text S1 (Eq. S6). When intracellular pH is allowed to recover, relatively low proton concentrations, together with low PCr concentration (which is substantially greater than ATP concentration and thus plays a bigger role), result in a high concentration of ADP.

In summary, suppressing either pH recovery or the recovery of ATP and PCr during reperfusion was associated with elevated concentrations of intracellular sodium and calcium, though the correlation was weaker for the latter. Making more ATP and PCr available than in the control simulation was associated with reduced sodium and calcium loads.


أساليب

Computational Methods

The Markov formulation of Naالخامس1.1 Iنا ( Fig. 1 ) is an extension of the Clancy-Rudy model of the cardiac Na + channel (Clancy and Rudy, 1999, 2002) based on modeling efforts by Horn and Vandenberg (Horn and Vandenberg, 1984 Vandenberg and Horn, 1984).

Markov model of the WT brain Na + channel isoform Naالخامس1.1 The model contains nine coupled states that represent channel activation, inactivation, and recovery from inactivation. انظر النص للحصول على التفاصيل.

Modeling macroscopic currents

Macroscopic current density is given by

صO,s is the sum of all channel open probabilities, الخامسم is the membrane potential, and همراجعة is the reversal potential. جيس is the maximum membrane conductance density (channel density (& # x003c3) times the unitary channel conductance (زس)).

The changes in channel-state probabilities are described by first-order differential equations. بافتراض ن discrete channel states, then the probability of the channel residing in a particular state صأنا at any time satisfies

ال نth state probability can be determined as the difference between 1 and the sum of the other ن − 1 state probabilities. The voltage- (الخامسم) dependent rate constants, كاي جاي, describe the transition from state أنا to state ي. Initial conditions are obtained by finding values for state probabilities from the steady-state equation

Assuming that the probability in each state أنا at time رن يكون

موانئ دبيأنا is calculated at each time step. Picard iterates are computed by a second order Runge-Kutta procedure to obtain the dynamic values of صأنا. The steady-state probability is used for صأنا(ر0) by allowing the simulated cell to rest until equilibrium is achieved (no change in computed parameters).

Single-channel gating

Stochastic properties of individual ion channels can be simulated as follows:

Given a simplified two-state model C ←→ O, where at time = 0, the rate constant for the forward transition is أأ and the rate for the reverse transition is ب, the channel resides in the C (closed) state, then the probability that the channel will transition to the O (open) state is determined by ه −(aa)T = ص، أين تي = ln(ص)/−أأ، أين ص is a random number between 0 and 1. When time = تي, then the channel will make a transition. The random number is generated by the computer function that is seeded by the internal clock, thereby ensuring that the sequence of random number generation is distinct each time. Microscopic reversibility was ensured by fixing the products of the forward and reverse transition rates in closed loops of the model.

All the simulations were encoded in C/C++ using Apple Developer Tools (Apple, Cupertino, CA). Simulations were implemented (double precision) on an Apple Macintosh dual 800MHz G4 processor running Apple OS X. Computer code used for computations in this article is available upon request by e-mailing [email protected] Digitizelt software (ShareIt! Inc., Greensburg, PA) was used to extract experimental data from published plots.


نقاش

In this study, we have constructed a novel model specific to rabbit Purkinje electrophysiology by integrating all experimental data available in the literature. The model was tested by performing a sensitivity analysis and comparing simulation results with experimental recordings in physiological conditions and under a variety of pharmacological interventions, including those key to the investigation of EAD mechanisms. This is the first model of rabbit Purkinje electrophysiology that is based specifically on rabbit data and that has been validated and tested using a sensitivity analysis. Some of the most recently published Purkinje models (1, 38) are based mainly on modifications of ventricular models. These apparently are not capable of reproducing EADs often observed in Purkinje preparations, even after large (up to 5 times) increases in L-type Ca 2+ conductance. One recent model of Purkinje electrophysiology (33) is primarily based on kinetic data from human ion channel isoforms.

The model presented here reproduces the low safety factor repolarization process of rabbit Purkinje cells. As a consequence, it allows insights into the effects of drug-induced changes in ionic current conductances as well as EAD generation and suppression.

Under physiological conditions, the AP morphology and duration of rabbit Purkinje cardiomyocytes, as well as rate dependence, are strongly determined by Na + and K + current properties, and specifically أناNaL, أناك 1، و أناKr. However, changes on those currents of even up to 400% do not lead to EAD generation in rabbit Purkinje cells (Fig. 5). In contrast, our results reveal that alterations in L-type Ca 2+ current properties are essential for the generation of EADs in rabbit Purkinje cells (Fig. 5) even though their effect on rabbit Purkinje electrophysiology is small under physiological conditions.

Increased Ca 2+ influx caused by large GCaL is essential for EAD formation in both rabbit Purkinje isolated cardiomyocytes and fibers (Fig. 6). This finding explains experimental findings reporting EADs caused by β-adrenergic stimulation with 1 μM isoproterenol in rabbit Purkinje myocytes (16) and also EAD suppression with verapamil in rabbit Purkinje fiber strands (30). January and Riddle (18) also showed that the أناCaL agonist Bay K 8644 induced EADs in sheep Purkinje preparations, whereas Cordeiro et al. (8) also implicated Ca 2+ influx in EAD generation by reporting a rise in peripheral Ca 2+ transient during EAD in rabbit Purkinje preparations. Experimental findings therefore are consistent with the simulation results.

For ventricular myocytes, mathematical models have been used to elucidate the mechanisms of EAD generation and suppression. L-type Ca 2+ channels were predicted to be involved in EAD dynamics by several investigators. For example, Priebe and Beuckelmann (27) concluded that, in their model of a human ventricular myocyte, EAD are primarily carried by a Ca 2+ current. Similarly, Ca 2+ entry through L-type Ca 2+ channel was suggested to play a key role in EAD formation during hypoxia (14) in a guinea pig mathematical cell model. Nevertheless, important differences in the underlying mechanisms of EAD generation between ventricular and Purkinje myocytes seem to exist. For example, Clancy and Rudy (5) predicted EAD formation in the presence of a Na + channel mutation leading to LQT syndrome without any L-type Ca 2+ channel alteration. The differences could be because of the different Ca 2+ dynamics in the two cell types: the regulatory action of Ca 2+ released from the sarcoplasmic reticulum in the presence (ventricles) or absence (Purkinje) of a T tubular structure could possibly explain why, in ventricular models, it is possible to generate EAD without direct interventions on L-type channels. According to our simulations, an increase in GCaL is necessary for EAD generation in Purkinje cells, while أناCaL voltage-dependent inactivation dynamics act as a modulator. Therefore, fast inactivation dynamics (small τCaL values) promote EAD formation in rabbit Purkinje cells, and slow voltage-dependent inactivation (large τCaL) can suppress them, even in the presence of large GCaL (Fig. 7).

Because this model is intended to focus on the interactions between ionic currents, Ca 2+ dynamics, and transmembrane potential, we did not include any description of intracellular pathways or effects of interactions between cytoplasm and the nucleus as well as between cytoplasm and mitochondria. It is recognized that such interactions could have nonnegligible effects on the electrophysiology of the cell on certain circumstances. An extended version of this model with more detailed descriptions of intracellular processes might be useful for addressing specific questions regarding the relationship between the AP and such intracellular processes.

The mechanisms of EAD formation are similar in rabbit Purkinje isolated cells and fibers. However, intercellular coupling is a strong modulator because of electrotonic flow of current. The parameter space comprising pairs of GCaL و τCaL values resulting in EADs is reduced in rabbit Purkinje fibers compared with isolated cells (Fig. 6). This finding is in good agreement with previous studies by Huelsing et al. (16) reporting suppression of isoproterenol-induced EAD in isolated rabbit Purkinje myocytes coupled to an electrical resistance. In fact, our results show that an increase in only GCaL can result in EADs in rabbit isolated cells, whereas a simultaneous increase in GCaL and decrease in τCaL is required for EAD generation in rabbit Purkinje fibers (Fig. 6, قاع).

Recent studies have suggested that the efficacy of β-blockers as an anti-arrhythmic agent can be explained by EAD suppression in ventricular myocytes. Our findings suggest that their efficacy could also be related to reduction of Ca 2+ entry and EAD likelihood in Purkinje electrophysiology. Our study has focused on rabbit Purkinje electrophysiology due to the availability of experimental data (as well as the lack of human data) and the known similarity of rabbit and human electrophysiology. Although extrapolation of our findings to humans needs to be made with caution, our study suggests that pharmacological interventions that decrease Ca 2+ influx (by reducing Ca 2+ channel conductance or suppressing adrenergic stimulation) or that slow down أناCaL inactivation dynamics could be effective in preventing the appearance of proarrhythmic repolarization abnormalities and arrhythmias originating in Purkinje cells.