Кинетика ионных токов во время возбуждения. Регистрация мембранных токов.
Деполяризация, возникающая при возбуждении, изменяет проводимость мембраны для различных ионов, что в свою очередь вызывает изменение потенциала. Анализ этого сложного процесса производится путем оценки зависимости проводимости мембраны от мембранного потенциала. Ступенчатый сдвиг потенциала от базальной линии до тестирующего потенциала создается путем подведения к клетке тока, поступающего от электронного усилителя. Производится измерение тока, необходимого для такой «фиксации потенциала»; этот ток представляет собой зеркальное отражение тока, генерируемого клеточной мембраной в ответ на сдвиг потенциала. На рис. 2.6 показан временной ход мембранного тока в этих условиях для двух перехватов Ранвье нерва лягушки. Ступенчатые сдвиги от исходного потенциала до —60, —30, 0, +30 и +60 мВ вызывают комплексные токи, состоящие из суммы натриевых (Na+) -и калиевых (К+)-токов. Эти компоненты можно разделить, блокируя один из них специфическим ингибитором.
Рис. 2.6. А и В Мембранные токи в миелинизированных аксонах лягушки (перехваты Ранвье; 11 13 С) после ступенчатых сдвигов мембранного потенциала. Мембранный потенциал поддерживался с помощью фиксации потенциала на уровне потенциала покоя, равного —95 мВ; в момент времени 0 мс мембранный потенциал скачком поднимали до значений, которые указаны справа около записей тока, от —60 до +60 мВ. Сопровождающие скачок потенциала кратковременные емкостные токи вычитались, поэтому регистрируемые токи являются ионными токами. При —60 мВ скачок потенциала остается подпороговым и не вызывает изменений тока. По мере увеличения скачков потенциала сначала возникают отрицательные токи, которые с увеличением потенциала становятся положительными. Б. То же, что на рис. А, но на фоне блокады калиевых токов ТЭА (6 мМ), в результате чего токи почти полностью обеспечиваются ионами Na+. Полярность Na-токов меняется с отрицательной на положительную между значениями +30 и +60 мВ; по мере увеличения деполяризации продолжительность Na - токов уменьшается. Г. То же, что на рис. В. но на фоне блокады натриевых токов тетродотоксином (0,3 мкМ), так что записи соответствуют калиевым токам. При деполяризации К+-токи нарастают медленнее, чем Na - токи, и продолжаются в течение всего периода деполяризации (по [3] с изменениями)
На рис. 2,6,Б представлены результаты после применения тетраэтиламмония (ТЭА) для блокирования К+-токов [33]; следовательно регистрируемые кривые здесь отражают Na+-токи. Эти Na+-токи отрицательны при тестирующих потенциалах ниже +40 мВ; ионы Na входят в нервные волокна. При +30 мВ Na+-токи все еще отрицательны, но их амплитуда мала, а при + 60 мВ, по другую сторону от уровня равновесного потенциала для Na+, направление токов меняется. После каждого деполяризующего сдвига потенциала Na+-TOK очень быстро достигает максимума, а затем, если деполяризация поддерживается, возвращается к нулю. Такая инактивация Na +-токов протекает наиболее медленно при небольших деполяризациях и ускоряется с увеличением деполяризации: при +30 мВ Na+-ток практически прекращается уже через 1 мс.
Эксперимент, результаты которого представлены на рис. 2.6, Б, был дополнен (рис. 2.6, Г) блокированием Na+-токов тетродотоксином (ТТХ) [35], чтобы выявить временной ход К+-токов. Зарегистрированные К+-токи положительны в пределах всего диапазона тестирующих потенциалов; равновесный потенциал для калия (К+) находится на уровне около — 100 мВ, так что при потенциалах от —60 мВ до + 60 мВ К+-токи выходят из нерва. Амплитуда К+-токов возрастает примерно пропорционально величине деполяризации. Даже при самой большой деполяризации ток начинается с задержкой порядка 0,5 мс; в течение примерно 5 мс ток достигает плато и удерживается на этом уровне в течение всего периода деполяризации. В отличие от Na+-токов, К+-токи в нейронах не инактивируются. Другое важное различие между К+- и Na+-токами состоит в том, что Na+-ток достигает максимума очень быстро после начала деполяризации, тогда как К+-ток возникает после некоторой задержки и затем нарастает относительно медленно.
