Сахарозный разрыв

Метод сахарозного зазора используется для создания блока проводимости в нервных или мышечных волокнах. Высокая концентрация сахарозы применяется к внеклеточному пространству, что препятствует правильному открытию и закрытию натриевых и калиевых каналов , увеличивая сопротивление между двумя группами клеток. Первоначально он был разработан Робертом Штэмпфли для регистрации потенциалов действия в нервных волокнах, [1] и особенно полезен для измерения необратимых или сильно изменчивых фармакологических изменений свойств каналов, поскольку необработанные области мембраны могут быть втянуты в узел между областями сахарозы . [2]

История

Метод сахарозного зазора был впервые представлен Робертом Штэмпфли  [de] в 1954 году [3], который работал с Аланом Ходжкиным и Эндрю Хаксли между 1947 и 1949 годами. В ходе своих исследований Штэмпфли определил, что токи, движущиеся по нервным волокнам, можно легче измерить, когда есть зазор с высоким сопротивлением, который уменьшает количество проводящей среды вне клетки. Штэмпфли заметил много проблем со способами, которые использовались для измерения мембранного потенциала в то время. Он экспериментировал с новым методом, который он назвал сахарозным зазором. Этот метод использовался для изучения потенциалов действия в нервных волокнах. [3]

Хаксли наблюдал за методом Штемпфли и согласился, что он полезен и дает очень мало ошибок. Метод сахарозного зазора также способствовал открытию Штемпфли и Хаксли потенциалов ингибирующего соединения. [4] С момента его внедрения в метод было внесено много улучшений и изменений. Одна из модификаций метода одинарного сахарозного зазора была представлена ​​CHV Hoyle в 1987 году. [5] Метод двойного сахарозного зазора, который впервые был использован Ружье, Вассортом и Штемпфли для изучения сердечных клеток в 1968 году, был усовершенствован C. Leoty и J. Alix, которые представили улучшенную камеру для двойного сахарозного зазора с методом фиксации напряжения , который устранял внешнее сопротивление от узла. [6]

Метод

Классический метод сахарозного зазора обычно состоит из трех камер, каждая из которых содержит сегмент нейрона или клеток, которые изучаются. Тестовая камера содержит физиологический раствор, такой как раствор Кребса или Рингера , который имитирует концентрацию ионов и осмотическое давление естественной среды клетки. Тестовые препараты также могут быть добавлены в эту камеру для изучения их влияния на клеточную функцию. Для стимуляции клеток в тестовом растворе обычно используются электроды Ag-AgCl или платиновые проволочные электроды. Сахарозная камера (или зазор) — это средняя камера, которая разделяет две другие камеры или части нервного волокна или клеток. Эта камера содержит изотонический раствор сахарозы с высоким удельным сопротивлением. Удельное сопротивление описывает способность материала или раствора противостоять электрическому току, поэтому раствор сахарозы с высоким удельным сопротивлением эффективен для электрической изоляции трех камер. Третья камера обычно содержит раствор KCl, который имитирует внутриклеточный раствор. Высокая концентрация калия в этой камере деполяризует погруженный сегмент ткани, что позволяет измерять разность потенциалов между двумя сегментами, разделенными сахарозным зазором. Вазелин, силиконовая смазка или смесь силикона и вазелина используются для герметизации нерва или ткани в нужном положении и предотвращения диффузии раствора между камерами. Пара электродов Ag-AgCl с мостиками из агара помещаются в тестовую и KCl камеры для регистрации изменений мембранного потенциала. [7]

Метод одинарного сахарозного зазора

Метод одиночного сахарозного зазора используется для изучения электрической активности клеток. Он полезен при изучении небольших нервных волокон и электрически связанных клеток, таких как гладкомышечные клетки. Метод создает блок проводимости в нервном или мышечном волокне путем введения зазора с высоким сопротивлением между двумя группами клеток. Неионный раствор сахарозы используется для увеличения сопротивления во внеклеточной области между двумя группами. [8] Это позволяет всему току, возникающему на одной стороне зазора, течь на другую сторону только через внутреннюю часть нерва или ткани. Изменения электрического потенциала между двумя группами относительно друг друга могут быть измерены и зарегистрированы. [7]

Метод двойного сахарозного зазора

В методику одинарного сахарозного зазора были внесены изменения. Одна из модификаций называется методикой двойного сахарозного зазора. Она используется для одновременного измерения сопротивления и мембранного потенциала. Две камеры, содержащие растворы сахарозы, используются для изоляции узла нерва или ткани, который погружается в физиологический раствор. Два конца нерва или ткани деполяризуются раствором, богатым ионами калия. Можно измерить разность потенциалов между узлом или тестовой камерой и одной из камер, богатых калием, в то время как потенциал в узле может быть изменен током, вырожденным между другой камерой, богатой калием, и узлом. Полученную информацию можно использовать вместе с уравнением закона Ома для определения мембранного сопротивления клеток внутри узла. [8] Двойной сахарозный зазор также можно использовать в качестве зажима напряжения. [9] При использовании с надлежащей электроникой двойной сахарозный зазор можно использовать для зажима напряжения мембранного потенциала нерва или сегмента ткани, содержащегося в тестовой камере. [8]

Преимущества и ограничения

Преимущества

Метод сахарозного зазора позволяет измерять ионные токи в многоклеточных тканях. Хотя методы фиксации напряжения и патч-зажима также эффективны при изучении функций нейронов, метод сахарозного зазора проще в исполнении и менее затратен. Кроме того, метод сахарозного зазора может обеспечить стабильную запись от небольших клеток, таких как нервные волокна или гладкомышечные клетки, в течение длительного периода времени. Однако очень сложно добиться подобных измерений с помощью внутриклеточных или патч-зажимных электродов, поскольку они могут физически повредить небольшие аксоны или клетки. Благодаря расположению камер сахарозного зазора метод стимуляции нейрона или клетки прост и надежен. Этот метод также полезен при изучении изменений мембранного потенциала в ответ на различные фармакологически активные агенты, которые могут быть введены в испытательную камеру. [7]

Ограничения

Основным ограничением метода одинарного сахарозного зазора является то, что он не может определить реальные значения мембранного потенциала и амплитуды потенциала действия. Он может измерять только относительные изменения потенциала между областями, разделенными раствором сахарозы из-за эффекта шунтирования . Однако метод двойного сахарозного зазора может измерять мембранный потенциал и сопротивление. Другое ограничение заключается в том, что мембранные потенциалы не могут быть получены из тканей, где нет электрической связи между клетками (т. е. когда пространственная константа λ близка к нулю). [7] Кроме того, раствор сахарозы, который имеет низкую ионную концентрацию, может истощать открытые клетки жизненно важными внутриклеточными ионами, такими как натрий и калий, что может повлиять на их жизнеспособность. [8] Это может привести к гиперполяризации мембраны и повлиять на проведение потенциалов действия вдоль клетки. Несмотря на эти ограничения, многочисленные преимущества метода сахарозного зазора делают его полезным и надежным методом в исследованиях нейронауки. [7]

Приложения

Метод сахарозного зазора используется для регистрации мембранной активности миелинизированных нервов, немиелинизированных нервов, гладких мышц и сердечной мышцы. Наряду с микроэлектродными методами и методами пэтч-клампа , сахарозный зазор часто используется экспериментаторами для изучения нервной системы и может служить эффективным методом для исследования эффектов лекарственных препаратов на мембранную активность. [7] Исследования эффектов холина , ацетилхолина и карбахола на потенциалы покоя верхнего шейного ганглия у кроликов проводились с использованием метода сахарозного зазора. Регистрация мембранных потенциалов в верхнем шейном ганглии была упрощена с помощью метода сахарозного зазора, поскольку он позволяет раздельно деполяризовать ганглий и внутренний сонный нерв. [10]

Метод сахарозного зазора применялся для определения связи между внешней концентрацией калия и мембранным потенциалом гладкомышечных клеток с использованием мочеточников морских свинок. [11] Он также использовался для исправления неточных измерений мембранного потенциала, возникающих из-за токов утечки через мембрану и внеклеточного сопротивления. Коррекция неточного показания мембранного тока также возможна с помощью метода сахарозного зазора. [12]

Развитие метода сахарозного зазора привело к появлению методов двойного сахарозного зазора. Двойной сахарозный зазор, как правило, выгоден при использовании для электрической изоляции меньших сегментов нервных волокон, чем это было бы возможно с одним сахарозным зазором, [11] как это было сделано в исследованиях мембранных потенциалов и токов в желудочковых мышечных волокнах овец и теленка . [13] Метод двойного сахарозного зазора также используется по сравнению с одинарным сахарозным зазором для изучения сердечной мышцы, где он позволяет более четко различать ранние токи, возникающие в течение первых 10-100 миллисекунд деполяризации. [11]

Ссылки

  1. ^ Stämpfli, R (1954). «Новый метод измерения мембранных потенциалов с внешними электродами». Experientia . 10 (12): 508– 509. doi :10.1007/BF02166189. PMID  14353097. S2CID  41384989.
  2. ^ Пулер, Дж. П.; Валенцено, Д. П. (1983). «Повторное исследование метода двойного сахарозного зазора для изучения гигантских аксонов лобстера. Теория и эксперименты». Biophys J . 44 (2): 261– 269. Bibcode :1983BpJ....44..261P. doi :10.1016/S0006-3495(83)84298-2. PMC 1434829 . PMID  6652217. 
  3. ^ Аб Акерт, К. (август 1996 г.). Вклад Швейцарии в нейронауки за четыреста лет: от эпохи Возрождения до наших дней . Verlag der Fachvereine Hochschulverlag AG в ETH Zurich. ISBN 978-3728123626.
  4. ^ Беннетт, Макс Р. (2001). «Открытие электрических признаков ингибиторной передачи: потенциал ингибиторного соединения». История синапса . Амстердам: OPA. С.  114–118 . ISBN 978-9058232335.
  5. ^ Штэмпфли, Роберт (1988). "Классика цитирования этой недели: Штэмпфли, Р. Новый метод измерения мембранных потенциалов с помощью внешних электродов" (PDF) . Текущее содержание . 31 (34): 19.
  6. ^ Leoty, C; Alix, J. (1976). «Некоторые технические усовершенствования для фиксации напряжения с двойным сахарозным зазором: Pflügers Archiv». European Journal of Physiology . 365 (1): 95–97 . doi :10.1007/BF00583633. PMID  988547. S2CID  20867630.
  7. ^ abcdef Mert, T (2007). «Техника сахарозного зазора: преимущества и ограничения». Нейрофизиология . 38 (3): 237– 241. doi :10.1007/s11062-007-0031-8. S2CID  35099707.
  8. ^ abcd Gaginella, Timothy S (1996). Справочник по методам в гастроинтестинальной фармакологии . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, Inc. стр.  248–251 . ISBN 978-0849383045.
  9. ^ Мур, Джон В. (2007). "Voltage Clamp". Scholarpedia . 2 (9): 3060. Bibcode : 2007SchpJ...2.3060M. doi : 10.4249/scholarpedia.3060 .
  10. ^ Костерлиц, Х. В.; Лис, Г. М.; Уоллис., Д. И. (1968). «Потенциалы покоя и действия, зарегистрированные методом сахарозного зазора в верхнем шейном ганглии кролика». J. Physiol . 195 (1): 39–53 . doi :10.1113/jphysiol.1968.sp008445. PMC 1557902. PMID  5639803 . 
  11. ^ abc Харрингтон, Л.; Джонсон, Е.А. (1973). "Изучение возможности фиксации напряжения сердечной мышцы в двойном сахарозном зазоре". Biophysical Journal . 13 (7): 626– 47. Bibcode :1973BpJ....13..626H. doi :10.1016/S0006-3495(73)86013-8. PMC 1484318 . PMID  4715582. 
  12. ^ Голдман, Йель; Мартин, Морад (1977). «Измерение трансмембранного потенциала и тока в сердечной мышце: новый метод фиксации напряжения». J. Physiol . 268 (3): 613–54 . doi :10.1113/jphysiol.1977.sp011875. PMC 1283682. PMID  301933 . 
  13. ^ Макгиган, Джон; Циен, РВ (1974). «Некоторые ограничения двойного сахарозного зазора и его использование в изучении медленного выходящего тока в желудочковой мышце млекопитающих». J. Physiol . 240 (3): 775– 806. doi :10.1113/jphysiol.1974.sp010634. PMC 1331006. PMID 4415829  . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Sucrose_gap&oldid=1228748061"