Məlumat

Kardiostimulyatorun hansı ion kanalları ekstrasistolda çox aşağı tezliklərdə işləyə bilər?

Kardiostimulyatorun hansı ion kanalları ekstrasistolda çox aşağı tezliklərdə işləyə bilər?


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.

0-3 Hz tezliyində. Aşağı tezliklərdə işləyə bilən və aşağı və həddindən artıq gərginliyə nəzarət edən kompüter prosessorları kimi.

Normal ən əhəmiyyətli kanallar dəyişən Ca2+ və K+-dır. Ancaq onların belə aşağı tezliklərlə işləyə biləcəyinə əmin deyiləm. Ekstrasistolun işə salınmasına səbəb olan başqa kanallar olmalıdır.

Kardiostimulyatorun hansı ion kanalları 2-3 Hz-də işləyə bilər və ekstrasistol əmələ gətirir?


Məncə heç biri. O qədər spesifik tezlik diapazonudur ki, mümkün mənbələrdir

  • avtonom sinir sistemi və
  • bəzi refleks qövsü.

Həmçinin, avtonom tetikleme ilə tezlik məntiqi olaraq aşağıdır. Güman edirəm ki, simpatik ekstrasistollara başlayır. Düşünürəm ki, bu qədər spesifik olmaq üçün hansısa refleks qövsündən keçməlidir.


Fəaliyyət Potensial Yaradılmasında İon Kanal Funksiyası: Cari Perspektiv

50 ildən çox əvvəl Hodgkin və Huxley ion kanalları haqqında mövcud anlayışımızın əsaslarını qoydular. Sonrakı illər ərzində kalium kanalının strukturunun təfərrüatlarının aşkarlanması ilə nəticələnən təsirli bir irəliləyiş əldə edildi. Buna baxmayaraq, bu gün də biz mərkəzi məməlilərin neyronlarında qeydə alınan quyu cərəyanlarını ayıra bilmirik. Natrium və kalium cərəyanlarının funksiyası haqqında bir çox müasir anlayışlar məməli olmayan hüceyrələrdə aparılan təcrübələrə əsaslanır. Sürətli gecikmiş rektifikator cərəyanının yaxınlarda tanınması göstərir ki, natrium və kalium cərəyanlarının biofiziki rolunu yenidən nəzərdən keçirməliyik. Bu araşdırma, ion kanallarını meydana gətirən zülallar haqqında mövcud biliklərimiz baxımından mərkəzi məməli neyronlarının somalarından əldə edilən yüksək keyfiyyətli gərginlikli sıxac məlumatlarını nəzərdən keçirəcəkdir. Sürətli natrium cərəyanları və üç növ xarici kalium cərəyanları, gecikmiş düzəldici, alt eşik A tipli və D tipli kalium cərəyanları burada müzakirə olunur. Hər bir cari alt növün biofiziki rolu ilə yenilənmiş cari təsnifat verilir. Bu araşdırma göstərir ki, həm natrium, həm də xarici kalium cərəyanlarının kinetikasının təfərrüatları klassik təsvirlərdən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir və bu fərqlər funksional əhəmiyyət kəsb edə bilər.

Bu, abunə məzmununun, qurumunuz vasitəsilə girişin önizləməsidir.


Mücərrəd

Elektrokardiostimulyatorun fəaliyyəti mədə-bağırsaq traktında peristaltik və seqmental daralmalara səbəb olur. Cajalın interstisial hüceyrələri (ICC) spontan kardiostimulyator fəaliyyətindən məsuldur. ICC mədəniyyətdə ritmik qalır və seçici olmayan kation keçiriciliyi vasitəsilə gərginlikdən asılı olmayan daxili cərəyanlar yaradır. Endoplazmatik retikulumdan Ca 2+ sərbəst buraxılması və mitoxondriya tərəfindən tutulması kardiostimulyator cərəyanlarını işə salır. Bu yeni mexanizm mədə-bağırsaq əzələlərində elektrik ritmikliyi üçün əsas yaradır.

Mədə-bağırsaq traktının (GI) ritmoneuromuskulyar aparatı motor neyronları tərəfindən innervasiya edilən hamar əzələ hüceyrələrinin sinsitiumundan daha mürəkkəbdir. Uzun illər tunica muscularis-in morfoloji tədqiqatları adətən Cajalın interstisial hüceyrələri (ICC) adlandırılan əlavə ixtisaslaşmış hüceyrələrin mövcudluğunu qeyd etdi. ICC tez-tez sinirlərlə sıx əlaqədə tapıldı və bir çox hallarda sinir terminalları və hamar əzələ hüceyrələri arasında "interkalasiya" olaraq təsvir edildi (2). ICC-nin bir-biri ilə və qonşu hamar əzələ hüceyrələri ilə boşluq qovşağı əlaqələri meydana gətirdiyi də müşahidə edildi. Beləliklə, mədə-bağırsaq traktının tunika əzələsinin elektrik sinsitiumu ən azı iki hüceyrə növündən ibarətdir. Morfologiya həmçinin hamar əzələnin innervasiyasının dolayı ola biləcəyini və əsasən sinirlər və ICC arasında sinapsa bənzər strukturlar vasitəsilə baş verdiyini təklif etdi. Bu tədqiqatlar maraqlı və təxribatçı idi, lakin morfoloji analizlərdən yalnız ICC-nin funksiyası haqqında fikir söyləmək mümkün idi.

Son onillikdə heyvan modelləri (əsasən siçan, qvineya donuzu və it) üzərində aparılan intensiv iş ICC-nin mədə, nazik bağırsağın və yoğun bağırsağın fasik GI əzələlərinə xas olan kardiostimulyator fəaliyyətini təmin etdiyinə dair fizioloji sübutlar təqdim etdi (yəni, elektrik yavaş dalğaları bkz. İstinad 9). Kardiostimulyator ICC ümumiyyətlə mienterik pleksus bölgəsində dairəvi və uzununa əzələ təbəqələri arasındakı boşluqda olur. Mienterik bölgədəki hüceyrələrə IC-MY deyirik. Kolondakı dairəvi əzələ təbəqəsinin submukozal səthi boyunca ICC (IC-SM) də xüsusilə it kimi daha böyük heyvanlarda kardiostimulyator fəaliyyəti yarada bilir. IC-MY və IC-SM kardiostimulyator bölgələrində geniş şəbəkələr təşkil edir. Bu hüceyrələr həmçinin düz əzələ hüceyrələrinin dəstələrini ayıran septadakı əzələ təbəqələrinin böyük hissəsinə qədər uzanır. Beləliklə, kardiostimulyatorun fəaliyyəti mütləq mienterik və submukozal kardiostimulyator bölgələri ilə məhdudlaşmır, lakin bu kardiostimulyatorlar intakt əzələlərdə üstünlük təşkil edir. Kardiostimulyator ICC-nin incə prosesləri boşluq qovşaqları vasitəsilə bir-birinə bağlanır və elektrik əlaqələri də qonşu hamar əzələ hüceyrələri ilə həyata keçirilir. Beləliklə, ICC-də baş verən elektrik hadisələri hamar əzələ hüceyrələrinə keçirməyə qadirdir. IC-MY və yaxınlıqdakı hamar əzələ hüceyrələrindən elektrik aktivliyinin eyni vaxtda qeydləri göstərdi ki, elektrik aktivliyi əvvəlcə IC-MY-də baş verir və sonra hamar əzələ hüceyrələrində elektrik reaksiyalarına başlayır (3). Yavaş dalğaların regenerativ yayılması üçün ICC arasında əlaqə lazımdır və əzələ dəstələri arasında arakəsmələrə ICC şəbəkələrinin uzanması tunica muscularis (bəlkə də ürəkdəki Purkinje liflərinin analoqu) vasitəsilə yavaş dalğaların ötürülməsi üçün yayılma yollarını təmin edə bilər. IC-MY şəbəkələri və IC-MY-nin bəzi ultrastruktur xüsusiyyətləri Şəkil 1-də göstərilmişdir.

ŞƏKİL 1. Neyrotransmissiyada iştirak edən Cajal (ICC) və ICC-nin kardiostimulyator interstisial hüceyrələrinin morfoloji xüsusiyyətləri. A: anti-Kit antikoru ilə immunolənglənmiş fare mədə antrumunda mienterik ICC (IC-MY) şəbəkəsi. Hüceyrə gövdələrindən (oxlar) çoxlu proseslər uzanır. B: mienterik pleksus bölgəsində IC-MY mövqeyini göstərən aşağı güclü elektron mikroqraf (EM). Böyük bir sinir gövdəsi (mq) çox güman ki, mienterik pleksusun interqanglionik birləşdiricisi ola bilər. CM, dairəvi əzələ təbəqəsi oxu, CM-yə bitişik olan ICC. Çox sayda mitoxondrial profil IC-MY-nin təsvir edilmiş hissəsini doldurur. C: IC-MY-nin bir hissəsinin daha yüksək güclü EM-i B. Çox sayda mitoxondrial (m) profillərə və mitoxondriya ilə plazma membranı arasında çox sıx əlaqəyə diqqət yetirin. Həmçinin sarkoplazmatik retikuluma (SR ox başları) və SR ilə mitoxondriya arasında tez-tez sıx əlaqəyə diqqət yetirin. D: Kit antikoru (qırmızı) və MitoTracker yaşıl FM (yaşıl) ilə ikiqat etiketli mədəniyyətdə kardiostimulyator ICC. Hər iki etiketi olan piksellər sarı görünür. Mitoxondriyalar hüceyrə cisimləri (oxlar) və kardiostimulyator ICC proseslərində (ox başları) geniş şəkildə paylanmışdır. E: Kit (yaşıl oxlar) və vezikulyar asetilkolin daşıyıcısı (qırmızı ox başları) antikorları ilə ikiqat etiketlənmiş fare mədə dibinin əzələdaxili ICC (IC-IM). Xolinergik motor neyronları ilə IC-IM arasındakı sıx əlaqəyə diqqət yetirin. Tək bir sinir prosesi çoxsaylı IC-IM-ni innervasiya edir (*). F: IC-IM-nin montaj EM və onun azot oksid sintazasını (NOS *) ehtiva edən sinir terminalı ilə əlaqəsi. NOS neyronları ilə IC-IM (ox) arasında çox yaxın sinapsa bənzər təması qeyd edin. Həmçinin IC-IM ilə qonşu hamar əzələ hüceyrəsi (ox ucu) arasındakı boşluq qovşağı göstərilir. G: IC-IM arasında boşluq qovşağı əlaqəsini təfərrüatlandıran daha yüksək güclü EM F və hamar əzələ hüceyrəsi. H: IC-IM və NOS tərkibli motor sinir terminalı (ox) arasındakı sinaptik quruluşun yüksək güclü təsviri F. İ: IC-IM və vezikulyar asetilkolin daşıyıcısına bənzər immunreaktivliyi olan motor neyron arasında oxşar sinaptik əlaqə (ox) (*). F—I Ref-dən təkrar olunur. 14.

ICC-nin digər növləri də GI əzələlərində tapıla bilər. ICC yemək borusu, mədə, kolon və sfinkterlərdə dairəvi və uzununa əzələ təbəqələrinin lifləri ilə qarışır. Biz bunları əzələdaxili ICC (IC-IM) adlandırdıq. IC-IM bağırsaq sinir sisteminin sinir lifləri ilə geniş və sıx şəkildə bağlıdır (1) və həyəcanverici və inhibitor motor neyronlarının varikoz sinir terminalları ilə çox yaxın (<20 nm) sinapsa bənzər əlaqələr yaradır. IC-DMP adlanan oxşar xüsusiyyətlərə malik hüceyrələr, çox güman ki, IC-IM-nin ixtisaslaşdırılmış növüdür və nazik bağırsaqda dərin əzələ pleksusunun bölgəsində tapılır. IC-IM və enterik neyronlarla birləşmələr Şəkil 1-də təsvir edilmişdir, E–I.

IC-IM və IC-DMP funksional olaraq innervasiya olunur və bağırsaq sinir sistemindən motor girişinin əhəmiyyətli bir hissəsinə vasitəçilik edir. IC-IM olmayan mutant siçanlarda mədədə daxili neyronların sahə stimullaşdırılması xolinergik və nitrergik sinir stimullaşdırılmasına postjunctional reaksiyaların əhəmiyyətli dərəcədə azalması ilə nəticələndi (1, 14). Neyrotransmissiyada ICC-nin rolu GI hərəkətliliyində son dərəcə əhəmiyyətli olsa da, bu qısa icmal ICC-nin elektrik ritmikliyini necə yaratdığına dair yeni tapıntılara diqqət yetirəcəkdir. IC-IM və IC-DMP kardiostimulyatora bənzər cərəyanlar yaratmaq qabiliyyətinə malik ola bilər və ya olmaya da bilər, lakin bu hüceyrələr kardiostimulyatorun fəaliyyətinə düz əzələ reaksiyasının tənzimlənməsində son dərəcə mühüm rol oynayır.


Xülasə: Gərginlikdən asılı ion kanalları tərəfindən yaradılan membran osilatoru ilə hüceyrədaxili kalsium siqnal osilatoru arasında qarşılıqlı əlaqə sarkoplazmatik retikulumun təsvirlərindən istifadə edərək ən erkən modellərdə (1984-1985) mövcud idi. Kalsiumun salınan sərbəst buraxılması kalsiumun yaratdığı kalsiumun sərbəst buraxılması prosesinə xasdır. Həmin tarixi nəticələr bu araşdırma seriyasındakı məqalələrdə təklif olunan sintezi tam dəstəkləyir. Osilator mexanizmləri ilk növbədə bir-birlərini cəlb etdikləri hər biri ilə rəqabət aparmırlar. Bununla belə, bəzi asimmetriya var: membran osilatoru kalsium osilatoru olmadıqda qeyri-müəyyən müddətə davam edə bilər. Bunun əksi yalnız patoloji şəraitdə doğru görünür. Toxuma səviyyəsində işdən və ürəyin inkişafı ilə bağlı araşdırmalar da ürək kardiostimulyatorunun inteqrativ fəaliyyətinə dair dəyərli fikirlər verir.

Noble 1 ilə başlayan ürək ritminin ən erkən modelləri səth membranının ion kanalları arasındakı qarşılıqlı təsirlərlə məhdudlaşırdı. Həyəcan-daralma birləşməsində iştirak edən hüceyrədaxili kalsium siqnal sistemini özündə birləşdirən ilk ürək hüceyrə modeli DiFrancesco və Noble idi. 2 Bu model qoyunların Purkinje lifləri üçün hazırlanmışdır və fəaliyyət potensialı zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanının böyük rolunu proqnozlaşdıran ilk model olmuşdur. Əslində o, əvvəllər kalsium kanalı cərəyanına aid edilən daxili cərəyanın daha yavaş komponentlərinin dəyişdirici əvəzinə aid olduğunu müəyyən etdi. Bu modeldəki kardiostimulyatorun fəaliyyəti demək olar ki, tamamilə qeyri-spesifik kation cərəyanının yavaş başlaması ilə əlaqələndirilirdi.f, hiperpolyarizasiya ilə aktivləşdirilir. Mübadilə cərəyanının bu halda kardiostimulyatorun ritmində hər hansı rol oynayacağı proqnozlaşdırılmırdı.

Bununla belə, DiFrancesco-Noble Purkinje lif modeli, dovşan sinoatrial node (SAN) hüceyrələrində müşahidə olunanlara bənzər gərginlik dalğa formalarını çoxaldan ilk riyazi modeli yaratmaq üçün demək olar ki, dərhal hazırlanmışdır. 3 O, həmçinin dovşan atrial hüceyrələrinin ilk modellərini yaratmaq üçün daha sonra işlənib hazırlanmışdır. 4,5 Hüceyrədaxili kalsium siqnal mexanizmləri üçün 1980-ci illərin modelləri Fabiatonun kalsiumun yaratdığı kalsiumun sərbəst buraxılması üzrə işinə əsaslanırdı. 6

SAN modelinin eksperimental əsası, fəaliyyət potensialı zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı üçün proqnozlaşdırılanlara bənzər daxili cərəyanın çox yavaş komponentlərinin mövcudluğunu aşkar edən Brown və digərlərinin işi idi, 7,8. Əslində, modelləşdirmə bu eksperimental qeydlərin gərginlikli sıxac artefaktları olmadığına əminlik verdi.

Həmin eksperimental işdə əməkdaşlardan biri olan Junko Kimura, daha sonra yüksək nəzarət edilən şəraitdə natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanının gərginlik və ion konsentrasiyasından asılılığını ölçmək üçün Akinori Noma ilə əməkdaşlıq etdi. 9,10 Nəticələr modellərdə istifadə edilən tənliklərlə əlamətdar uyğunluq təşkil edirdi. Ürəkdə kalsium siqnalı və natrium/kalsium mübadiləsi modellərinin bütün sonrakı inkişafının 1980-ci illərin modellərindən qaynaqlandığı görülə bilər.

Dovşan SAN ilə bağlı eksperimental nəticələr arasında mövcud mübahisələrə aid 2 mühüm tapıntı var idi. Birincisi, gərginlik sıxacının depolarizasiyası zamanı daxili cərəyanları araşdırarkən tez-tez 2 aydın komponent müşahidə olunurdu. Modelləşdirmə işinə əsaslanaraq, bunlardan birincisi L tipli kalsium cərəyanının aktivləşdirilməsinə aid edilmişdir. Isi erkən işdə), halbuki ikinci, daha yavaş olan komponent, fəaliyyət potensialının başlanğıcından sonra kalsiumun sərbəst buraxılması zamanı natrium/kalsium mübadiləsinin aktivləşməsinə aid edilmişdir.

Kompüter modeli bu 2 komponenti düzgün şəkildə təkrar etdi (Brown və digərləri 8-də Şəkil 9-a baxın). Bu orijinal hesablamalar OXSOFT HEART istifadə edərək aparılmışdır. Biz ictimaiyyətə açıq olan COR proqram təminatından (www.cor.physiol.ox.ac.uk) və CellML model deposundan (www.cellml.org) endirilmiş modelin CellML kodlaşdırılmış versiyasından istifadə edərək bu məqalə üçün hesablamaları təkrarladıq. Nəticələr Şəkil 1-də göstərilmişdir. Onlar orijinal rəqəmə çox bənzəyirlər, lakin onların ayrı-ayrı töhfələrini aşkar etməklə onu genişləndirirlər. ICaLINaCa. Sonrakı eksperimental iş 11 fəaliyyət potensialı zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı ilə bağlı modellərin proqnozlarını tam təsdiqlədi.

Şəkil 1. DiFrancesco-Noble (1985) modelində natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanları. 2 Yuxarı (A), Kimura et al 1987-ci ildə qvineya donuzunun mədəcik hüceyrələrindən istifadə edərək əldə etdiyi eksperimental nəticələr. 10 Hüceyrədənkənar natrium ionlarının müxtəlif konsentrasiyalarında membran potensialının funksiyası kimi daxili rejimdə cərəyan mübadiləsi (natrium axını və kalsium axınına uyğundur). Yuxarı (B), Modeldə natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı üçün istifadə edilən tənliklərdən hesablanmış uyğun əyrilər (qeyd edək ki, bu nəticələr eksperimentallardan əvvəl əldə edilmişdir). Aşağı, İon cərəyanlarının dəyişmələri (IK, ICa, f [İndi ICaL], If, və INaCa) hesablanmış fəaliyyət və kardiostimulyator potensialları zamanı. Fəaliyyət potensialının platosu zamanı proqnozlaşdırılan əhəmiyyətli daxili mübadilə cərəyanına diqqət yetirin. Bu hesablama bu məqalə üçün COR istifadə edərək həyata keçirilmişdir və 1985-ci ildə nəşr olunan ilə tamamilə eynidir.

Fəaliyyət potensialına gəldikdə, bu modellərin performansını təyin etdikdən sonra, indi kardiostimulyatorun depolarizasiyasına müraciət edirik. Bu, kritik sualdır. Gərginlik sıxacının depolarizasiyası zamanı hüceyrədaxili kalsium keçidinin vaxtını əks etdirən natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı daima kalsium kanalı cərəyanının başlaması və inaktivləşməsini izlədi. Əksinə, bu zaman əlaqəsi kardiostimulyatorun depolarizasiyası zamanı tez-tez tərsinə çevrilirdi. Şəkil 2 1984-cü il işində bunu aşkar etmək üçün istifadə edilən eksperimental protokolu göstərir. Təbii kardiostimulyatorun depolarizasiyası müxtəlif vaxtlarda sıxacın başlanğıcı zamanı əldə edilən gərginliyi sıxaraq kəsildi. Əgər bu vaxt kifayət qədər gec idisə (təxminən, kardiostimulyatorun depolarizasiyasının son üçdə biri ərzində), vaxt kursu standart gərginlik sıxacının depolarizasiyası zamanı qeydə alınan yavaş komponentə bənzəyən yavaş daxili cərəyan qeydə alındı. Bununla belə, kalsium cərəyanının görünən əvvəlki aktivasiyası yox idi. Bu, Lakatta və digərləri tərəfindən müşahidə edildiyi kimi, sinus düyünlərinin kardiostimulyatorunun fəaliyyəti zamanı kalsiumun sərbəst buraxılmasının kalsium cərəyanının aktivləşdirilməsindən əvvəl ola biləcəyi ehtimalını göstərmək üçün şərh edilmişdir. 12 Şəkil 2-də 1984-cü il SAN modeli üçün COR və endirilmiş CellML faylından istifadə edərək bu fenomenin yeni hesablamaları göstərilir.

Şəkil 2. ICaL aktivləşməsindən əvvəl kalsiumun sərbəst buraxılması. Yuxarı sol, Brown və digərləri tərəfindən dovşan sinoatrial node üzərində edilən eksperimental qeydlərdən biri (məqalədə Şəkil 9, -44 mV-də 8 iz). Membran potensialının fəaliyyət potensialı zamanı və sonrakı kardiostimulyatorun depolarizasiyasının çoxunda kortəbii dəyişməsinə icazə verildi. Bu depolarizasiyanın sonuna yaxın, lakin açıq şəkildə fəaliyyət potensialının yüksəlməsindən əvvəl, membran potensialı əldə edilən potensialda sıxışdırıldı. Yavaş keçici daxilə doğru cərəyan qeydə alınıb, onun başlanğıcı L tipli kalsium cərəyanından xeyli yavaşdır. Onun zirvəsinə çatması üçün ≈100 ms lazımdır. Aşağı sol, DiFrancesco-Noble modelindən hazırlanmış SAN modelindən istifadə edərək bu nəticələrin 1984-cü ildəki simulyasiyasını təkrarlamaq üçün istifadə edilən gərginlik protokolu. Şaquli miqyas millivoltdadır. Üfüqi miqyas saniyələrdədir. Yuxarı sağ, Qısqac potensialının üç səviyyəsinə uyğun gələn hesablanmış xalis ion cərəyanları aşağı sol protokol. Kardiostimulyatorun depolarizasiyasının ortasına sıxışdırma, sadəcə olaraq, kardiostimulyatorun çürüməsinə uyğun gələn xalis daxili cərəyanın hamar inkişafını yaradır. IK və başlanğıcı If. Orta əyri (dayandırılmış) eksperimental izdəkinə bənzər yavaş keçici daxili cərəyan yaradır. (yuxarı sol). The nöqtəli əyri L-tipli kalsium cərəyanı aktivləşməyə başlayanda ikiqat pik yaradır. Şaquli miqyas saniyələrlə nA horizontal miqyasdadır. Aşağı sağ, Üç gərginlik protokolu zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanında hesablanmış dəyişikliklər.

Buna görə də, Lakatta fərziyyəsinin mahiyyəti ürək hüceyrələrində kalsium siqnalının ən erkən simulyasiyalarında mövcud idi.

Brown və digərləri niyə kardiostimulyatorun depolarizasiyasını bu mexanizmlə əlaqələndirmədilər? Əsas səbəb o idi ki, bu cür yavaş daxili ion cərəyanları təcrübələrdə tez-tez qeydə alınsa da, demək olar ki, həmişə 1 və ya 2 rəqsdən sonra söndü. Buna görə də kalsium siqnal osilatorunun saxlanması gərginlikdən asılı olan ion cərəyanı osilatorundan müstəqil deyildi.

Cədvəl 2. Qeyri-standart İxtisarlar və Akronimlər

Fərqli osilatorlar necə qarşılıqlı təsir göstərir?

Müxtəlif ion cərəyanlarının töhfəsini araşdırmaq üçün biz CellML anbarında mövcud olan SAN hüceyrələrinin 6 riyazi modelinin simulyasiya nəticələrini müqayisə etdik: Demir et al, 12a Dokos et al, 12b Kurata et al, 12c Maltsev and Lakatta, 12d Noble və Noble, 12e və Zhang et al. 12f Rəqəmlərin aydın olması üçün biz rəqəmlərdə yalnız ən son 4 modelin nəticələrini göstəririk, lakin mətnə ​​bütün modellərin nəticələrini daxil edirik.

Şəkil 3 membran potensialını, hüceyrədaxili kalsium konsentrasiyasını və modellərin ortaq olduğu daxili cərəyanları göstərir: Ca 2+ L tipli cərəyan (ICaL), Na + /Ca 2+ dəyişdirici (INaCa), gülməli cərəyan (If) və fon natrium cərəyanı (IbNa).

Şəkil 3. Modellərin, salınımların və əsas cərəyanların icmalı. Qeyd edək ki If(aşağı qrafiklərdə möhkəm xətt) həmişə daxili cərəyanların ən kiçikidir (ICaL, INaCa, IbNa, və If).

The ICaL bütün modellərdə cərəyanların ən böyük amplitudasını və maksimumunu göstərir INaCa cərəyan daha böyükdür IfIbNa, modelin sadələşdirilməsi üçün sabit hüceyrədaxili kalsium konsentrasiyası olan Zhang modelindən başqa. If daha kiçik bütün modellərdə var IbNa.

İndi müxtəlif cərəyanları bir-bir blokladığımız zaman (Şəkil 4-ə baxın), SAN hüceyrə modellərində membran potensialı (və kalsium) salınımları ilə nə baş verir? Bütün modellər (Demir, Zhang, Maltsev, Dokos, Noble, Kurata) ICaL: bu kalsium cərəyanının aktivləşdirilməsi olmadan SAN salınımları baş vermir. Modellər eksperimental müşahidəyə uyğundur ki, kalsium qəbul edilmədən və ya sarkoplazmatik retikulumdan (SR) sərbəst buraxılmadan salınımlar dayanmır (və fon natrium cərəyanının 2% artması Maltsev modelində itkin vuruşlara səbəb olmur). Bundan əlavə, tam blok If modellərin heç birində salınımları dayandırmır.

Şəkil 4. Bir və ya bir neçə model cərəyanı t=2 saniyədə tam bloklandıqda gərginlik izləri. Satırlar blokunu bildirir ICaLICaT, of INaCa, fon cərəyanlarının (aşağıya bax), of If, və Iyuxarı. SERCA blokunda Maltsev modelində itkin vuruşlar yox olduqda IbNa 2% artırılır. Müvafiq modellərdə bloklanmış "fon cərəyanları": Maltsev (IbCaIbNa), Kurata (IbNaIstNa), Zhang (IbCaIbNa), Dokos (IbNaINa).

Beləliklə, yalnız ICaL salınımlar üçün lazımdır? Modellərdəki salınımlara əslində nə səbəb olur? Bütün modellərdə bir sıra fon və ya davamlı daxili cərəyanlar mövcuddur (IbNa, IbCa, Ist) və onları sıfıra təyin etmək 4 modeldə (Kurata, Maltsev, Noble, Demir) rəqsləri ləğv edir və ya azaldır, bu o deməkdir ki, fon cərəyanları əvvəlkindən daha vacib ola bilər. If və hüceyrədaxili Ca 2+ velosiped? Aydındır ki, biz burada heç bir daxili dinamik xüsusiyyət göstərməyən ion cərəyanlarının (bu, “fon” cərəyanının tərifidir) və ya hələ tam xarakterizə edilməmiş cərəyanların (məsələn, Ist) mühüm kəmiyyət rolunu oynayır. Ist ilk dəfə Guo və digərləri (1995) tərəfindən depolarizasiya fazası zamanı aktiv olan davamlı Na+ daxilə cərəyan kimi səciyyələndirilmişdir, lakin xüsusi blokatorun olmaması səbəbindən bütün SAN hüceyrələrində bu cərəyanın əhəmiyyətini araşdırmaq qeyri-mümkün olmuşdur. .

aradan qaldırılması INaCa salınımları da ləğv edir (sabit ion konsentrasiyası olan Zhang modeli istisna olmaqla, bütün modellərdə). INaCa çox vaxt hüceyrədən Ca 2+ çıxaran daxilə doğru cərəyandır (bax Şəkil 4). Əlavə olaraq SR Ca 2+ konsentrasiyasını blokunu sabitləşdirmək üçün təyin edərkən INaCa yalnız tezliyi dəyişir, lakin salınımları tamamilə ləğv etmir. Buna görə də, tam ilə nəticələnən Ca 2+ həddindən artıq yüklənməsidir INaCa salınımların dayandırılmasına səbəb olan blok. SAN hüceyrələrində Ca 2+-nı hüceyrədən çıxarmaq üçün (Ca 2+ həddindən artıq yüklənməsinin qarşısını alan) başqa nasoslar və dəyişdiricilər də olduğundan, riyazi modellərdə yoxdur, tam blokun olub-olmadığı aydın deyil. INaCa real hüceyrələrdəki rəqsləri ləğv edərdi.

İon cərəyanlarının və nasosların bloku ilə bağlı SAN dövrünün həssaslıq təhlili modelin sabit vəziyyətində (dəyişiklikdən 300 saniyə sonra) aparılmışdır. Cədvəl göstərir ki, modellər ardıcıl olaraq 0,7 ilə 1,87%, 0,77 ilə 4,82%, 0,14 ilə 0,83% və 0,83 ilə 1,34% arasında 10% blokla artım göstərir. ICaT, IbNa, İf, və Ist, müvafiq olaraq. Hüceyrədaxili kalsium sistemi ilə əlaqəli cərəyanlar və nasoslar müxtəlif modellər (blok bloku) üçün olduqca müxtəlif nəticələr göstərir. ICaL, INaCa, və Iyuxarı Dəmirdə dövrün azalmasına və Maltsevdə artıma səbəb oldu). Güman edirik ki, bu ardıcıllığın olmaması modellərdə kalsiumla işləmə fərqləri ilə bağlıdır.

Cədvəl 1. SAN Dövrünün Həssaslıq Təhlili

Ümumiyyətlə, ən böyük həssaslıqlar üçün müşahidə edilə bilər IbNa/Ist və ikinci gəlir ICaT (üçün uyğun olmayan dəyərlərə məhəl qoymadan ICaL). Maltsev modeli istisna təşkil edir Iyuxarı dövrdə ən böyük dəyişikliyə səbəb olur (ardınca IbNaICaT).

Bifurkasiya təhlili modellərin dinamik davranışı haqqında əlavə məlumat verə bilər, lakin bu məqalənin əhatə dairəsi xaricində olacaqdır. Onu da nəzərə alın ki, bütün təfərrüatlı nəticələr ehtiyatla şərh edilməlidir, çünki modellər bu cür araşdırmalar üçün uyğunlaşdırılmayıb və qurulmayıb, yəni təhlil modellərin proqnozlaşdırılan diapazonundan kənarda ola bilər.

Modellər SAN hüceyrələrində salınımlara gətirib çıxaran və saxlayan razılaşdırılmış fəaliyyətin 3 mühüm xüsusiyyətini təklif edəcək: daxili cərəyanlar vasitəsilə yavaş depolarizasiya mərhələsi (If, Ist, [IbNa]), daxili kalsium cərəyanlarının aktivləşdirilməsi (ICaL, ICaT), kalsiumun ekstruziyası (INaCa, IpCa?). SR-nin buraxılmasının əhəmiyyəti, Maltsev və Lakatta, 12d tərəfindən göstərildiyi kimi tezliklər üzrə salınımların sabitləşdirilməsində ola bilər, lakin məqalələrində onlar həmçinin göstərirlər ki, SR buraxılışı əslində salınımları idarə etmir (öz məqalələrində Şəkil 5C-ə baxın).

Toxuma Tədqiqatlarından və Ürəyin İnkişafından Anlayışlar

İndiyə qədər şərh etdiyimiz tədqiqatlar ion kanalları səviyyəsində və onların fəaliyyətinin tək hüceyrələr səviyyəsində inteqrasiyasına yönəlmişdir. Bu məsələyə digər töhfələr toxuma səviyyəsində müzakirələrə, xüsusən də gərginliyə və ya kalsiuma həssas göstəricilərlə təsvirin istifadəsinə 13 və ürək stimulyatorunun toxumalarının inkişafının öyrənilməsindən gələn anlayışlara dəyərli töhfələr verir. 14

Bu tədqiqatlar göstərir ki, kardiostimulyator fəaliyyətinin inteqrativ fiziologiyası hüceyrə fəaliyyətinin təhlili ilə bitmir. Əslində, ilk elektrofizioloji xəritəçəkmə işindən bəri sinus düyününün sinxron olaraq döyülən bir neçə min hüceyrədən daha çox funksiyanı yerinə yetirdiyi aydın olmuşdur. Dəqiq fizioloji şəraitdən asılı olaraq, kardiostimulyator fəaliyyətinin görünən mənşəyi düyünün bir bölgəsindən digərinə keçə bilər. 15-17 Biz “görünən mənşəyə” istinad edirik, çünki depolarizasiyaya aparan sahənin nə baş verdiyini unikal şəkildə müəyyən etdiyini güman etmək həddindən artıq sadələşdirmə olardı (həmçinin başqa yerə 18-ə baxın). Elektrik cərəyanı müxtəlif potensialda olan hər hansı iki əlaqəli hüceyrə arasında axır və bu cərəyan aparıcı hüceyrələrə təsir göstərməlidir (onları yavaşlatmaqla) onlar izləyici hüceyrələrə təsir etdiyi qədər (onları sürətləndirməklə). Paralel kompüterlərdən istifadə edərək sinus düyünlərində hüceyrə-hüceyrə qarşılıqlı əlaqəsinin ən erkən hesablamaları göstərdi ki, hətta çox aşağı əlaqə (hər bir hüceyrə arasında bir neçə konneksin kanalı) belə hüceyrələri mahiyyətcə fərqli ritmlərlə sinxronlaşdıra bilər. 19-21 Bu hesablamalar həmçinin aşkar etdi ki, düyünün periferiyasında yerləşən və buna görə də təcrid olunmuş düyündə depolarizasiyaya “rəhbərlik edəcək” daxili sürətli ritmə malik olan hüceyrələr düyün atriuma qoşulduqda izləyici hüceyrələrə çevrilirlər. . Boyett və həmkarları eksperimental və hesablama yolu ilə göstərdilər ki, sinus düyününün təcrid edilməsi, aparıcı hüceyrələrin mərkəzdən periferiyaya keçməsi ilə yayılma istiqamətini dəyişdirir və Boyett və həmkarlarının daha yeni işi düyünün arxitekturasının ona necə təsir etdiyini daha da vurğulamışdır. funksiyası. 23 Anatomiya və fiziologiya mütləq toxuma səviyyəsində qarşılıqlı əlaqədədir. Efimov və Federov arasında Conq və Lin arasında mübahisədən dəyərli fikirlər toplusu Sirkulyasiya Tədqiqatı Şəkil 13 impulsun mənşəyinin çoxmərkəzli olması və tək hüceyrələrin və bütöv düyünün dərmanlara və genetik dəyişikliklərə fərqli reaksiya verməsidir.

Toxuma səviyyəsində iş membranın və kalsiumun yaratdığı salınımların nisbi rollarına işıq salırmı? Bu, Efimov və Federov arasında Conq və Lin arasında mübahisənin mərkəzi nöqtəsidir. Prinsipcə, çoxlu dalğa formasını axtarmaq üçün gərginliyə həssas markerlərdən istifadə mühüm töhfə verə bilər. Və həqiqətən də, gərginliyə həssas boyalar mikroelektrod qeydlərindən fərqli nəticələr verir. Efimov və Federov bunu boyaların müxtəlif tipli hüceyrə və toxumaları əhatə edə bilən geniş bir bölgədən qeyd etməsi və buna görə də mütləq kompozit nəticələr verməsi ilə əlaqələndirirlər. Buna qarşı, Joung və Lin qeyd edirlər ki, konfokal kalsium görüntüləməsi bəzən kalsium dəyişikliklərini, xüsusən də izoproterenolun iştirakı ilə kardiostimulyatorun depolarizasiyasının sonuna doğru gərginlik dəyişikliklərinə səbəb ola bilər. Belə bir mürəkkəb qarşılıqlı əlaqəni ayırd etmək çətin olacaq. Gələcək işin “ayrı-ayrı komponentlərin rolunu tədqiq etmək üçün riyazi modelləşdiricilər və eksperimentatorlar arasında sıx əməkdaşlığı tələb edəcəyi” 13 qeydi ilə razıyıq, lakin əlavə edəcəyik ki, “təhlil” artıq təhlili qərəzli edir. Qeyri-xətti interaktiv sistemlərdə nisbi rolların müxtəlif komponentlərə aid edilməsi aldadıcı ola bilər. Əhəmiyyətli olan "inteqrativ" funksiyadır. Həmin tədqiqatda da qeyd edildiyi kimi, müxtəlif mexanizmlər sinerji ilə işləyir. Qeyri-xətti olduğundan, bu, mütləq fərdi komponentlərin kəmiyyət töhfələrinin atributunun fizioloji və patoloji kontekstdən asılı olduğunu bildirir. Bu kontekstdə genom və fenotip arasında məlumat axınının bir yol olmadığı faktı daxildir. Fenotip öz genlərinin statik məhsulu deyil (başqa yerdə nəzərdən keçirilir 24,25). Gen ifadəsini idarə etmək üçün fenotipdən aşağıya doğru əks əlaqə var. Bu nəzərdən keçirmə seriyasında yaxşı nümunələr mövcuddur, o cümlədən, xüsusilə, 2 vacib kardiostimulyator cərəyanının aşağı tənzimlənməsi, IfIKs, atriyal taxiaritmiya zamanı. Atriumdakı fəaliyyət buna görə də sinus düyünündəki gen ifadə profilini dəyişdirə bilər.

Gen ifadəsinin yenidən qurulması təbii olaraq bizi jurnalın bu diqqət mərkəzində olan nömrəsinə digər əsas töhfəni nəzərdən keçirməyə məcbur edir, çünki Christoffels və başqalarının 14 göstərdiyi kimi, ürəyin inkişafı embrionun yetkin bir insana çevrilməsi zamanı gen ifadəsinin boğulmasından asılıdır. Erkən embrionun bütün ürək miyositləri kardiostimulyatorun ritmini göstərir. Yetkin formalara dəyişiklik, yetkin işləyən miokard hüceyrələrinin fərqlənməsini təmin etmək üçün inkişaf edən gen ifadə nümunələrinin repressiyası ilə baş verir. Nəticədə, yetkin kardiostimulyator hüceyrələri erkən embrionun hüceyrələrinə bənzəyir. Buna görə də iştirak edən transkripsiya repressorlarının müəyyən edilməsi mühüm məqsəddir. Christoffels və başqalarının göstərdiyi kimi, bu, sürətlə inkişaf edən bir sahədir və o, ürəyin embrion inkişafının molekulyar əsaslarını nəhayət biləcəyimizə dair vədi ehtiva edir. Bu anlayışlar böyüklərin funksiyasını başa düşməkdə də vacib olacaq, çünki gen ifadəsinin davamlı dövriyyəsi var. İon kanallarının dövriyyəsi zamanı ifadə səviyyələrindəki dəyişikliklər bu yaxınlarda Ponard və digərləri 18 tərəfindən miyosit mədəniyyətlərinin və kompüter modelləşdirməsinin birləşməsindən istifadə edərək ürək dərəcəsi dəyişkənliyində rol oynadığını göstərmişdir.

Nəticələr

Eksperimental məlumatlar və silisiumda modelləşdirmə işləri SAN həyəcanının multifaktorial sisteminin mürəkkəbliyini göstərir. -nin töhfəsi If və onun əczaçılıq hədəfi kimi əhəmiyyəti ivabradinin uğurlu inkişafı ilə sübut edilmişdir və bu araşdırma seriyasında DiFrancesco 26-nın nəzərdən keçirdiyi məqalədə daha ətraflı təsvir edilmişdir. Depolarizasiya mərhələsində əlavə cərəyanlar iştirak edir (Ist, mexanika həssas cərəyanlar 27 və başqaları) nisbi töhfələri hələ də müəyyən edilməməlidir.

Demək olar ki, açıq-aydın görünür ki, depolarizasiya mərhələsinin sonunda sürətli yüksəliş də aktivləşmə həddinin tənzimlənməsi ilə depolarizasiya tezliyinə böyük təsir göstərir. Bu araşdırma seriyasında Lakatta və digərlərinin 12 təqdim etdiyi sübutlar, həmçinin SR Ca 2+ buraxılmasının yuxarı insultun yaranmasına təsirini vurğulayır (bundan başqa ICaTICaL), gecikmiş postdepolyarizasiyalara həddindən artıq oxşarlıqlar göstərir.

Onsuz da ən erkən modelləşdirmə və eksperimental iş göstərdi ki, (cari tapıntılara uyğun olaraq) heç bir If nə də SR-dən özbaşına Ca 2+ sərbəst buraxılması kardiostimulyator fəaliyyətinə təkan vermir və ya ola bilər, burada həmişə razılaşdırılmış fəaliyyət lazımdır və müxtəlif ion kanalları arasında qarşılıqlı əlaqə var. Həmçinin, cAMP vasitəsilə ürək dərəcəsinin tənzimlənməsi çoxsaylı ion kanalları, nasoslar və dəyişdiricilərdən təsirlənir və onlara təsir edir, bununla da normal həyatda milyardlarla ürək döyüntüsünü saxlayan möhkəm və sabit, lakin yenə də çevik sistem yaradır.

Gələcək iş, çox güman ki, ürək dərəcəsinə təsir edən daha çox mexanizmləri kəşf edəcək ki, bu da müəyyən xəstəliklər və patologiyalarda hazırda məlum olan yollardan daha uyğun hədəflər ola bilər.

Orijinal alındı ​​12 fevral 2010-cu il düzəliş 27 aprel 2010-cu ildə qəbul edildi, 28 aprel 2010-cu ildə qəbul edildi.

Maliyyələşdirmə mənbələri

Müəlliflərin laboratoriyasındakı iş Avropa Birliyi (Framework 6, BioSim və Framework 7, VPH-PreDiCT) və Britaniya Ürək Fondu tərəfindən maliyyələşdirilir.


NƏTİCƏLƏR

GIRK1/5 və GIRK1/4 kanallarının tək kanallı kinetikası

GIRK1 RNT-nin yeridilməsi funksional GIRK kanallarının yaranmasına səbəb olur Ksenop oositlər (Dascal və b. 1993 Kubo və b. 1993), GIRK1 (Hedin) ilə heteromerlər əmələ gətirən endogen GIRK5 zülalının olması səbəbindən və b. 1996). GIRK1/5 kanalları tədqiqat üçün əlverişli modeldir, çünki onların oosit membranında aşağı sıxlığı, çox güman ki, GIRK5-in məhdud olmasının nəticəsidir, bir kanalla qeydlərin seçilməsinə imkan verir. Buna görə də biz bu araşdırmaya GIRK1/5-in kinetik analizi ilə başladıq. Oositlərə 500-1000 pg GIRK1 RNT yeridildi ki, bu da bütün hüceyrə qeydlərində həmişə GIRK1/5 cərəyanının maksimum əldə edilə bilən ifadəsini verdi (Vorobiov) və b. 1998-ci il məlumatları göstərilmir). GIRK aktivliyi membranın hər iki tərəfində ~150 mM KCl və 6 mM NaCl, 4 mM MgCl ilə daxili-xarici yamaqlarda ölçüldü.2 və hamamda 2 mM ATP. Bu şərtlər membran fosfatidilinositol bifosfatının (PIP) heç bir 'yıxılma' olmamasını təmin edir.2), kanal fəaliyyəti üçün zəruridir ( Sui və b. 1998 Huang və b. 1998). Qeyd etmək lazımdır ki, pipetdə ACh ilə hüceyrəyə əlavə edilmiş yamaqlardakı qeydlər (məlumatlar göstərilmir) mənalı bir kanallı təhlili pozan iki xüsusiyyəti aşkar etdi. Birincisi, yamaq tək kanal kimi görünsə belə, GTPγS və ya G olan vanna məhluluna daha da kəsilməlidir.βγ kanalın açılması ehtimalını artırdı (Po) və adətən birdən çox kanalın mövcudluğunu aşkar edirdi. İkincisi, yüksək konsentrasiyalarda ACh (10 μM) the Po ACh-nin aşağı konsentrasiyası (10-100 nM) ilə müqayisədə tez-tez daha aşağı və orta qapalı vaxt daha uzun idi, bu da həm atriyal hüceyrələrdə, həm də oositlərdə yaxşı təsvir edilmiş agonistlərin yaratdığı desensitizasiya prosesinin iştirakını göstərir (Bunemann). və b. 1996 Vorobiov və b. 1998). Buna görə də, təmizlənmiş G istifadə edərək aksizləşdirilmiş yamaqlarda kanal keçidini təhlil etməyi seçdikβγzamandan asılı desensitizasiyaya səbəb olmayan (aşağıya bax, Şəkil 1 və 2) və daha yüksək Po, real tək kanallı qeydlərin təmin edilməsi (Müzakirəyə baxın).

20 nM G ilə aktivləşdirilmiş GIRK1/4 kanalının kinetikasının təhliliβγ nümayəndəsi yamaqda

A, 20 nM G ilə aktivləşdirildikdən sonra kanal fəaliyyətinin qeydiβγ. Gβγ yuxarı izin başlamasından təxminən 1 dəqiqə əvvəl tətbiq edilmişdir. Üst izin sonu təcrübənin dayandırıldığı vaxta uyğun gəlir. Orta və aşağı izlər genişlənmiş vaxt miqyasında qeydin seqmentlərini göstərir. B, p.d.f-də açıq vaxt bölgüsü. forma. Cəmi > 5500 hadisə təhlil edilmişdir. Bir eksponensial uyğunluq üçün, iki eksponensial uyğunluq üçün τ= 2,58 ms, τo1= 0,69 ms, ao1= 0,451 τo2= 4.14 ms, ao2= 0.548. C, qapalı vaxt bölgüsü. Cəmi > 5500 hadisə təhlil edilmişdir. Loqarifmik zaman qutuları ilə qapalı vaxt histoqramı p.d.f parametrlərindən istifadə edərək tərtib edilmişdir. Şəkil 1-də izah edildiyi kimi uyğunlaşdırın (daxili baxın).C. Daxiletmə ehtimal sıxlığının qrafikini və p.d.f-də dörd və beş eksponensial uyğunluğu göstərir. forma. Dörd eksponensial uyğunluq üçün τc1= 0,63 ms, ac1= 0,417 τc2= 8.56 ms, ac2= 0,302 τc3= 129,5 ms, ac3= 0,231 τc4= 1085 ms, ac4= 0,049 beş eksponensial uyğunluq üçün, τc1= 0,564 ms, ac1= 0,377 τc2= 4.58 ms, ac2= 0,235 τc3= 26.32 ms, ac3= 0,172 τc4= 190 ms, ac4= 0,183 τc5= 1352 ms, ac5= 0.033. D, 20 nM G ilə aktivləşdirilmiş GIRK1/5 və GIRK1/4 kanallarının açıq ehtimallarıβγ. E, açıq və qapalı vaxtların paylanması komponentlərinin ümumi açıq və qapalı vaxtlara töhfəsi. In DE, ulduzlar statistik cəhətdən əhəmiyyətli fərqləri göstərir ( P < 0,05).

Həm hüceyrəyə qoşulmuş konfiqurasiyada, həm də yamaq kəsildikdən sonra, pipetdə heç bir agonist olmadan, bazal aktivliyin çox aşağı səviyyələri müşahidə edildi.Daha sonra tək kanaldan ibarət olduğu təsdiqlənən yamaqlarda dəqiqədə bir-dörd açılış tez-tez müşahidə olunurdu. 20 nM təmizlənmiş rekombinant G-nin əlavə edilməsiβ1γ2 0,2-2 dəqiqədən sonra kanalın güclü aktivləşməsi izlədi (Şəkil 1).A bax. Schreibmayer və b. 1996 ) heç bir açılışın aşkar edilmədiyi dəyişkən uzunluq dövrləri ilə ayrılan açılışların partlaması ilə xarakterizə olunur (Şəkil 1).AbAc). G. tərəfindən tam aktivləşdirildikdən sonraβγ (gözlə mühakimə olunduğu kimi), qeyd -80 mV-də 6-11 dəqiqə fasiləsiz davam etdirildi. 1-1,8 MΩ müqavimət elektrodları (daxili diametr, 3,5-2,5 μm) olan hər yamaqda adətən sıfırdan dörd kanal var idi. G. tərəfindən aktivləşdirildiyini göstərən əlli yamadan on üçüβγ bir kanaldan ibarət idi.

Kinetik analiz üçün biz qeydin bütün vaxtı ərzində heç bir açılışın üst-üstə düşmədiyi doqquz qeyd seçdik. Bu meyar üzrə seçim, yüksək səviyyəli inamla yamaqda bir kanalın olmasını təmin edir (Müzakirəyə baxın). Qeydlərin hər biri Metodlarda təsvir edilən prosedurdan istifadə etməklə Matlab mühitində kinetik təhlilə məruz qalmışdır. Belə təhlilin nümunəsi Şəkil 1-də göstərilmişdir. Şəkil 1-də ehtimal sıxlığı funksiyası (p.d.f.) histoqramı kimi təqdim edilən açıq vaxt paylanmasıB, zaman sabitləri ilə bieksponensial funksiyaya yaxşı uyğunlaşdırıla bilər (τo1 və τo2) ~0,8 və 5 ms (ətraflı məlumat üçün Cədvəl 1 [link]-ə baxın). Tək eksponensial ilə uyğunlaşma məlumatları qənaətbəxş şəkildə təsvir etmədi.

GIRK1/4
GIRK1/5 (9 hüceyrə) GIRK1/4 (4 hüceyrə) Partlayış rejimi aşağı-Pn rejimi GIRK1/4 + Gαi1(4 hüceyrə)
Açıq vaxtlar
τo1 (Xanım) 0.81 ± 0.11 0.71 ± 0.01 1.24 0.50 0.57
to1 (Xanım) 0.23 ± 0.04 0.38 ± 0.05 0.86 0.41 0.35
ao1 0.30 ± 0.04 0.52 ± 0.06 0.698 0.81 0.605
τo2 (Xanım) 5.00 ± 0.80 2.86 ± 0.52 4.07 2.63 3.59
to2 (Xanım) 3.43 ± 0.52 1.40 ± 0.36* 1.23 0.50 1.42
ao2 0.70 ± 0.04 0.47 ± 0.06 0.302 0.19 0.395
Ümumi to (Xanım) 3.85 ± 0.55 1.98 ± 0.32 2.09 0.91 1.77
Bağlı vaxtlar
τc1 (Xanım) 0.54 ± 0.04 0.62 ± 0.02 0.67 0.93 0.78
tc1 (Xanım) 0.27 ± 0.03 0.22 ± 0.02 0.30 0.22 0.34
ac1 0.503 ± 0.046 0.355 ± 0.029 0.444 0.239 0.438
τc2 (Xanım) 3.97 ± 0.55 4.9 ± 0.95 5.67
tc2 (Xanım) 0.64 ± 0.08 1.41 ± 0.38 2.36
ac2 0.171 ± 0.018 0.279 ± 0.051* 0.415
τc3 (Xanım) 35.7 ± 5.05 31.4 ± 3.7 46.6 23.3 14.4
tc3 (Xanım) 8.33 ± 2.04 6.73 ± 1.42 5.83 8.29 4.66
ac3 0.208 ± 0.030 0.209 ± 0.019 0.125 0.356 0.324
τc4 (Xanım) 236 ± 61.4 240.4 ± 31 238.5 314.1
tc4 (Xanım) 18.6 ± 2.5 31.3 ± 7.2 84.1 48.5
ac4 0.104 ± 0.014 0.128 ± 0.026 0.352 0.154
τc5 (Xanım) 1432 ± 215 2200 ± 403 760 2637 6703
tc5 (Xanım) 15.2 ± 2.2 54.6 ± 19.4* 11.87 138.7 561.3
ac5 0.013 ± 0.002 0.029 ± 0.012 0.016 0.053 0.084
Ümumi tc (Xanım) 43.4 ± 5.6 94.3 ± 25.2* 20.3 231.3 614.8
  • Partlayışda və aşağı məlumatPn rejimlər bütün xanalardan yığılıb ( n= 4 ) analizdən əvvəl. *GIRK1/5-dən statistik əhəmiyyətli fərq ( P < 0,05).

Qapalı vaxt bölgüsü əhəmiyyətli dərəcədə daha mürəkkəb idi. Bu paylama Şəkil 1-də təqdim olunurCa faktiki uyğunlaşdırma prosedurunun yerinə yetirildiyi formada (dəyişən uzunluqlu xətti vaxt qutuları ilə Metodlara baxın) və Şəkil 1-də loqarifmik vaxt qutuları olan histoqramın daha ənənəvi formasındaCb. Verilənlərin ehtimal sıxlığı funksiyasına eksponensial uyğunluğu iki, üç, dörd və ya beş eksponentli maksimal ehtimal alqoritmindən istifadə etməklə həyata keçirilmişdir. Bu paylanmanı təsvir etmək üçün ən azı dörd eksponensial komponent tələb olunurdu, lakin beş eksponensial uyğunluq əksər hüceyrələrdə nəzərəçarpacaq dərəcədə yaxşı idi (Şəkil 1).Cb). Xarakterik zaman sabitləri τc1 üçün τc5 orta hesabla təxminən 0,5, 4, 36, 236 və 1432 ms idi (Cədvəl 1 [link]). (Şək. 1-də olduğu kimi > 10 saniyəlik bir neçə çox uzun qapanmaAa, bir neçə hüceyrədə uyğunlaşmadan xaric edildi. Onlar əlavə bağlanma populyasiyasını təmsil edə bilər, lakin etibarlı uyğunlaşma üçün çox nadir idi.)

GIRK1/4 kanalları daha kiçik, bərabər miqdarda GIRK1 və GIRK4 RNT (25-100 pg oosit -1) ilə yeridilmiş oositlərdə tədqiq edilmişdir. Vurğulamaq vacibdir ki, GIRK1 RNT bu konsentrasiyalarda təkbaşına yeridildikdə, bütün hüceyrə cərəyanları çox kiçik idi (Vorobiov və b. 1998) və biz adətən 1-1,8 MΩ müqavimətli yamaq elektrodları ilə hər hansı GIRK kanal fəaliyyətini aşkar edə bilmirdik. Bunun əksinə olaraq, GIRK4 birlikdə ifadə edildikdə, hətta bu kiçik miqdarda RNT bir neçə mikroamperin bütün hüceyrə cərəyanlarına səbəb oldu (göstərilmir). Bir neçə kanal adətən 20 nM G ilə aktivləşdirilirdiβγ kiçik yamaqlarda (1,5-2,5 MΩ müqavimətli pipetlər, 2,7-1,5 μm daxili diametr) və bir kanallı qeydlər 70-dən çox yamaqdan yalnız dördündə əldə edilmişdir. Dörd tək kanallı qeydin hər biri ayrıca təhlil edilmişdir.

GIRK1/4 fəaliyyətinin ümumi nümunəsi GIRK1/5-ə bənzəyirdi (Şəkil 2).A). Açıq vaxtın paylanması 0,7 və 2,9 ms vaxt sabitləri olan bieksponensial funksiya ilə qənaətbəxş şəkildə uyğunlaşdırıla bilər (Şəkil 2).B və Cədvəl 1 [link]). GIRK1/5 kimi, qapalı vaxt paylanmasını təsvir etmək üçün ən azı dörd eksponent lazım idi, lakin uyğunluq beş eksponensial funksiyadan istifadə etməklə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıldı (Şəkil 2).C). Qapalı zaman sabitlərinin qiymətləri τc1 üçün τc5 GIRK1/5 ilə oxşar idi. Quraşdırılmış əyri altındakı ümumi sahənin payı (akikinci komponentin ) əhəmiyyətli dərəcədə fərqli idi (Cədvəl 1 [link]).

GIRK1/4 və GIRK1/5 arasındakı ən təəccüblü fərq ~3 dəfə aşağı idi. Po GIRK1/4 (Şəkil 2D). Aşağılığı müəyyən edən amilləri başa düşmək Po GIRK1/4, nəticələr Metodlarda izah olunduğu kimi əlavə işlənmişdir (eqns (4)–(8)). qatqısını qiymətləndirmək üçün Po a kAçıq və ya qapalı vaxt bölgüsündə hadisələrin (eksponensial komponent) ci populyasiyası üçün hər bir populyasiyanın orta açıq və qapalı vaxtlarını hesablamaq lazım idi (to,ktc,kmüvafiq olaraq). Bu orta vaxtlar, eləcə də bütün qeydin ümumi orta açıq və qapalı vaxtları (totc, müvafiq olaraq) yuxarıda təsvir edilən eksponensial uyğunluqların nəticələrindən hesablanmışdır. Açılışlar əhalisinin ümumi orta açıq vaxta töhfəsi və beləliklə Po tərəfindən verilir to,k/to eyni şey qapalı vaxtlara da aiddir (eqns (8a) və (8b)). ildən tk=akτk (əq. (4)), quraşdırılmış əyri altındakı ümumi sahənin kəsirindən istifadə etməklə (ak) verilmiş eksponensial əhalinin töhfəsini qiymətləndirmək üçün Po aldadıcı uzun hadisələrin qıtlığı uzun müddət davam etməsi ilə kompensasiya edilir. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, tək eksponensial paylanmada orta vaxt (t) kinetik zaman sabitinə (τ) bərabərdir. Çoxeksponensial paylamada a-nın orta açıq və ya qapalı vaxtı kci eksponensial komponent (hadisələrin populyasiyası) τ ilə uyğun gəlmirk əslində, onlar böyüklük sırasına görə fərqlənə bilər (müqayisə edin, məsələn, τc5tc5 Cədvəl 1-də [link]).

Şəkil 2E müxtəlif eksponensial komponentlərin ümumi açıq və qapalı vaxtlara töhfələrini ümumiləşdirir. Açıq vaxt bölgüsündə GIRK1/5 və GIRK1/4 statistik cəhətdən əhəmiyyətli fərqlər göstərdi: daha uzun τ olan hadisələrin populyasiyasıoo2) GIRK1/5-də ümumi açıq vaxtın 90%-dən çoxunu və müvafiq olaraq GIRK1/4-də 75%-dən azını, daha qısa τ olan əhalinin töhfələrioo1) tərs əlaqəni göstərdi. Qapalı vaxt bölgüsündə hər iki kanal növünün diqqətəlayiq xüsusiyyəti uzun qapalı vaxtların görkəmli töhfəsi idi. τ ilə ən uzun bağlamalarc təxminən 1-2 s (τc5sahə üzrə bütün qapalı vaxtların yalnız 1-3%-ni təşkil edən (Cədvəl 1 [link]), ümumi qapalı vaxtın 30%-ni (GIRK1/5) 55%-ni (GIRK1/4) təşkil etmişdir (Şəkil 2).E). GIRK1/4-də bu bağlanma kütləsi GIRK1/5 ilə müqayisədə ümumi qapalı vaxtın əhəmiyyətli dərəcədə böyük hissəsini təşkil etmişdir. τ ilə bağlananların ikinci ən uzun əhalisic ~240 ms (τc4) əraziyə görə < 13%, lakin zamana görə ~33–44% töhfə verdi. τ ilə qısa qapanmalarc 0,5-0,6 və 4-4,9 ms-in payı 5%-dən azdır, baxmayaraq ki, onlar ərazi üzrə ən boldur.

Cədvəl 1-in əlavə tədqiqi [link] müəyyən edir ki, GIRK1/4-ün ümumi orta açıq vaxtı ~1,9 dəfə qısa, ümumi orta qapalı vaxt isə ~2,2 dəfə çox olmuşdur ( P < 0,05 ) GIRK1/5 ilə müqayisədə. Daha uzun to2 GIRK1/5 ümumi açıq vaxt fərqinin əsasını təşkil edən yeganə amildir, ən uzun qapalı vaxtın daha yüksək dəyəri, tc5, of GIRK1/4, GIRK1/4-ün ümumi qapalı vaxtının daha uzun olmasının əsas səbəbidir. Açıq və qapalı vaxtlardakı fərqlər müşahidə olunan fərqi izah edir və təxminən bərabər şəkildə kömək edir Po iki kanalın dəyərləri. uzun qapanmalar (tc4tc5) GIRK1/4 fəaliyyətinin ümumi vaxtının 89%-ni təşkil edir və aşağı dəyərini izah edir. Po.

GIRK1/4-ün açılış tezliyinin təhlili

Şəkil 3A G tərəfindən aktivləşdirildikdən sonra qeydin 100 s hissəsinin tezlik diaqramını göstərirβγ (şəkil 2-də olduğu kimi bu xanada cəmi ~460 s.) Atrial hüceyrələrdə müşahidə olunanlara bənzər (İvanova-Nikolova və b. 1998 ), bu diaqram çoxlu sayda açılışı (yüksək açılış tezliyi) olan 400 ms seqmentlərin mövcudluğunu nümayiş etdirir, ehtimal ki, açılışların aşağı tezlikli seqmentləri ilə kəsişmiş açılışların baş verməsini əks etdirir. Oxşar nümunə bu yamaqda və sınaqdan keçirilmiş digər üç yamaqda bütün qeyd zamanı müşahidə edilmişdir. Sonrakı təhlilin dəqiqliyini və həllini yaxşılaşdırmaq üçün bütün dörd yamadan alınan məlumatlar bir paylamada birləşdirildi (ümumi qeyd müddəti, 27 dəq). 'Boş' seqmentlərin (açılışları olmayan) payı 0,48 idi.

Tezlik histoqramı ən yaxşı xarakterik tezlikləri 0,6, 4 və 34,5 Hz olan üç həndəsi ilə təchiz edilmişdir (Şəkil 3).B) dörd həndəsi ilə uyğunlaşdırma daha yaxşı nəticə vermədi. Beləliklə, atrial hüceyrələrdə olduğu kimi ( İvanova-Nikolova və b. 1998), müxtəlif tezlik xüsusiyyətlərinə malik 400 ms seqmentlərin ən azı üç populyasiyası G tərəfindən aktivləşdirildikdən sonra aşkar edilə bilər.βγ.

Sonra, 400 ms seqmentlər daxilində açıq vaxtların paylanmasını təhlil etdik. Şəkil 3C bu paylanmanın hərtərəfli təqdimatını göstərir. Maraqlıdır ki, ən aşağı olan seqmentlər fo (yəni 400 ms-də bir və ya bir neçə açılış göstərənlər) ən qısa vaxta malik olmaq əvəzinə, geniş açıq vaxt diapazonunu göstərdilər. to Əgər onlar ən az G həddi ilə kanalın fəaliyyətini təmsil etsələr, gözlənilən kimiβγ və ən zəif açılış (İvanova-Nikolova və b. 1998). Şəkil 3D orta olduğunu göstərir to, s müxtəlif tezlik siniflərindəki dəyərlər bütün tezlik diapazonu boyunca olduqca oxşar idi. Əsas odur ki, bu məlumatlar İvanova-Nikolova tərəfindən əldə edilənlərlə praktiki olaraq eynidir və b. (1998) G. ilə ürək GIRK aktivləşdirildikdən sonraβ1γ5, oositlərdə GIRK1/4 öyrənilməsinin aktuallığını güclü şəkildə dəstəkləyir. Məna to İvanova-Nikolova tərəfindən əldə edilən 1,86 ± 0,09 ms dəyərinə çox yaxın olan 1,77 ± 0,10 ms (1920 seqment) idi. və b. (1998) ilə Gβ1γ5 (həmçinin kinetik analiz Cədvəl 1 [link] əsasında hesablanmış 1,98 ± 0,32 ms-ə bənzəyir).

GIRK1/4-ün yavaş modal qapısı

Qeydlərimizin vizual tədqiqindən məlum oldu ki, kanal partlama fəaliyyəti ilə bir neçə saniyəlik dövrlər və hətta tək açılışların, uzun qapanmaların və nadir, qısa partlamaların üstünlük təşkil etdiyi daha uzun dövrlər arasında "dövr edir". Bu, Şəkil 2 və 3-də olduğu kimi eyni yamaqdan 320 saniyəlik qeydi göstərən Şəkil 4-də nümunə göstərilmişdir.A. Gərginlikdən asılı olan Ca 2+ və Na + kanallarında (Delcour & Tsien, 1993 Keynes, 1994) aşkar edildiyi kimi, bu davranış modal qapının əlamətidir.

GIRK1/4 G tərəfindən aktivləşdirildiβγ aşağı və yüksək dövrlər arasında "dövrlər" Po

20 nM G ilə aktivləşdirildikdən sonra GIRK1/4 aktivliyi rekordunun 320 s seqmentiβγ. Ters çevrilmiş üçbucaqlar partlama və aşağı klasterlər arasındakı sərhədləri göstərir.Po rejimləri, Şəkil 5-də olduğu kimiA.

P o 0,4, 2 və ya 5 s zibil qutuları olan gündəliklər (şək. 5A 2 s zibil qutusu) kanalın "partlayış" rejiminin uzun müddətləri ilə "aşağı" rejim arasında dövr etdiyi təəssüratını dəstəklədi.Po'rejimi. 2 s zibil məlumatları aşağı və ya yüksək olan qeyd dövrlərini (klasterlər və ya qaçışlar) seçmək üçün seçilmişdir. Po, orta ilə Po bütün rekordun kəsilməsi kimi Po (null seqmentlər daxil edilmişdir). The |Z| dəyərlər Colquhoun & Sakmann (1985) tərəfindən hər bir qeyd üçün təsvir edildiyi kimi hesablanmış və 5.8-7.3 aralığında olmuşdur. Belə dəyərlər |Z| oxşar olan seqmentləri təklif edirik Po təsadüfi paylanma ehtimalı azdır və buna görə də oxşar olan seqmentlər Po yəqin ki, birləşirlər. Qaçış təhlili modal keçidin nisbətən kobud göstəricisi olsa da (Colquhoun & Sakmann, 1985), o, G-nin sabit konsentrasiyasında GIRK1/4-ün modal davranışı ehtimalını daha da dəstəkləyir.βγ uzun müddət miqyasında.

Əlavə təhlil üçün seqmentlərin klasterləri Po kəsilmə səviyyəsindən yuxarı olanlar partlayış rejiminə, qalanları isə aşağı səviyyəyə aid olaraq təsnif edilmişdir.Po rejimdə hər klaster üçün ayrıca hadisə siyahıları hazırlanmışdır. Seçim prosesi Şəkil 4 və 5-də təsvir edilmişdirA, burada partlama/aşağı-Po klasterlər üçbucaqlarla göstərilmişdir. Yazının bəzi dövrləri aşağı keyfiyyətə malik olduqlarına və ya sadəliyinə görə buraxılmışdır (məsələn, nisbətən qısa müddət ərzində və ya aşağıPo dövrlər, adətən 10 saniyədən azdır, bu da təhlili çox yorucu edir). Buna misal olaraq Şəkil 5-dəki qeyddə ~310 və ~365 s arasındakı uzanmadır.A (iki üçbucaq arasında kəsikli xətt ilə göstərilir). Klasterlərin orta müddəti 19,8 ± 3,9 s olmuşdur ( n= 15 ) partlayış rejimində və 46,8 ± 7,6 s ( n= 16 ) aşağı-Po rejimi. Ümumilikdə, ümumi qeyd vaxtının ~70%-dən əldə edilən məlumatlar emal edilib, bu, bütün açılışların 77,3%-ni ehtiva edir. Partlayış rejimi klasterlərindən və aşağı səviyyəli məlumatlardanPo bütün dörd yamaqdan olan rejim qrupları birləşdirilərək ayrı-ayrılıqda təhlil edilən iki məlumat dəstini təşkil etdi. Ümumi Po iki məlumat dəstində partlayış rejimində 0,102, aşağı rejimdə isə 0,0034 idi.Po rejimi (Şəkil 6C).

GIRK1/4 qapısının partlama və aşağı kinetik analiziPo rejimləri

Təhlildən əvvəl dörd yamadan məlumat toplandı. A, açıq vaxt paylamaları (p.d.f. formasında) partlama və aşağıPo üst-üstə qoyulmuş rejimlər. Davamlı xətlər müvafiq iki eksponensial uyğunluğu göstərir. Uyğunluğun parametrləri Cədvəl 1-də [link] göstərilmişdir. B, partlama və aşağıya uyğun gələn qapalı vaxt paylamaları (loqarifmik vaxt qutuları ilə)Po üst-üstə qoyulmuş rejimlər. Yalnız təqdimat məqsədləri üçün ilk iki qutu daha kiçiklərə bölündü və hər qutudakı hadisələrin sayı interpolyasiya edildi. Əyrilər xətti p.d.f-yə standart uyğunlaşdırma prosedurunun nəticələrini göstərir. histoqramlar (Şəkil 1-də izah edildiyi kimi).C və 2C) dörd göstərici ilə. Uyğunluğun parametrləri Cədvəl 1-də [link] göstərilmişdir. C, iki rejimdə açıq ehtimallar. D, açıq və qapalı vaxtların paylanmasının eksponensial komponentlərinin açıq və aşağı vaxtlarda ümumi açıq və qapalı vaxtlara töhfəsiPo rejimləri.

Bütün rekord üçün əvvəllər aparıldığı kimi 400 ms seqmentləri ilə tezlik analizi partlama və aşağı tezlik arasında təəccüblü fərqləri aşkar etdi.Po rejimləri. Partlayış rejimində 712 seqmentdən iki yüz (28%) və aşağı rejimdə 2130 seqmentdən 1244-üPo rejim (58%) boş idi, yəni heç bir boşluq yox idi. İki məlumat dəstinin orta açıq vaxtları bütün tezlik diapazonunda açıq şəkildə fərqli idi (Şəkil 5.).B). aşağı-Po rejim, to, s əksər tezlik siniflərində partlayış rejiminin müvafiq tezlik sinfindən həmişə 2-3 dəfə aşağı idi, fərq statistik cəhətdən əhəmiyyətli idi. Xüsusilə ən aşağı tezlik sinfinə, 2,5 Hz-ə (400 ms seqmentdə bir açılış) diqqət yetirin ki, bu da ən aşağı olması nəzərdə tutulur. to İvanova-Nikolova modelində sinif və b. (1998). Həm partlamada, həm də aşağı vəziyyətdə mövcud idiPo rejimlər aşağı səviyyədə olsa da, daha çox idi.Po rejimi, lakin orta to, s çox fərqlənirdi: 3,41 ± 0,58 ms (64 seqment) vs 1,14 ± 0,06 ms (468 seqment, P < 0,001 ) partlayış və aşağı üçün-Po rejimi, müvafiq olaraq. Ümumilikdə orta to partlayış rejimində 2,74 ± 0,11 ms (502 seqment), aşağı rejimdə isə 1,24 ± 0,04 ms (886 seqment) idi.Po rejimdə 2,2 dəfə fərq çox əhəmiyyətli idi ( P < 0,001). Açıq vaxtın çox hissəsi partlama rejiminin payına düşür: bütün açılışların 79%-i partlama rejimində, yalnız 21%-i isə aşağı rejimdə görünüb.Po rejimi. Beləliklə, aşağı-Po və partlayış rejimi müxtəlif ilə xarakterizə olunurdu to adətən müxtəlif keçid üsullarının göstəricisi hesab edilən dəyərlər ( Delcour və b. 1993). Açılış tezliyinin histoqramları da iki rejim arasında əhəmiyyətli dərəcədə fərqli idi (Şəkil 5CD).Hər iki halda, tezlik paylamaları iki həndəsi ilə təchiz edilə bilər, belə ki, üç həndəsi uyğunluğu yaxşılaşdırmaz. İki rejim yalnız 1,24-1,46 Hz xarakterik tezliyi olan aşağı tezlikli populyasiyanı paylaşırdı. Rejimlərin hər birində yalnız bir əlavə tezlik populyasiyası var idi: partlayış rejiminin xarakterik tezliyi 88,6 Hz, aşağı isəPo rejimi 10,7 Hz xarakterik tezliyə malik idi.

İki qapı rejimi arasındakı fərqləri daha da xarakterizə etmək üçün yüksək səviyyəli keçidlərin tam kinetik analizini etdik.Po və aşağı-Po məlumat dəstləri. Nəticələr Şəkil 6-da və Cədvəl 1-də [link] ümumiləşdirilmişdir. Şəkil 6-da göstərilən açıq və qapalı vaxt histoqramlarının vizual müayinəsiAB partlama və aşağı arasında əhəmiyyətli fərqləri ortaya qoyurPo rejimlər (açılmaların və bağlanmaların normallaşdırılmış tezliklərini göstərən ehtimal sıxlığı qrafiklərinin istifadəsi müxtəlif məlumat dəstlərinin birbaşa müqayisəsinə imkan verir). Açıq vaxt histoqramları (şək. 6A) aşağı yerlərdə daha qısa açılışların nisbi bolluğunu aşkar etdi.Po rejimi (boz çubuqlar) partlayış rejimi ilə müqayisədə (açıq çubuqlar). Hər bir rejim daxilində açıq vaxt paylamaları tək eksponensial funksiyaya (göstərilməyib) qənaətbəxş şəkildə uyğunlaşdırıla bilmədi və hər iki halda iki eksponensial tələb olundu (Şəkil 6-da göstərilmişdir).A). Hər iki açıq vaxt sabiti, xüsusən də daha qısa olanı, aşağı vaxtda əhəmiyyətli dərəcədə kiçik idi.Po rejim partlama rejimindən daha çox (Cədvəl 1 [link]). Bu nəticələr göstərir ki, ümumi açıq vaxt paylanması rejimlərə ayrılmadan (Şəkil 2), iki eksponensial funksiya ilə əldə edilən ağlabatan uyğunluğa baxmayaraq, ehtimal ki, ikidən çox eksponensial komponentdən ibarətdir. Orta açıq vaxt partlamada aşağı vaxta nisbətən 2 dəfədən çox idi.Po rejimdə (Cədvəl 1 [link]), lakin bu fərq tək başına 30 dəfə yüksəkliyi izah edə bilməz Po partlayış rejimi.

Qapalı vaxt bölgüsü arasındakı fərqlər daha da diqqəti çəkirdi (şək. 6).B) uzun qapalı vaxtlar açıq-aydın aşağı yerlərdə daha çox idi.Po rejimi (boz çubuqlar) partlama rejimində olduğundan (açıq çubuqlar). Dörd eksponensial komponent həm partlamada, həm də aşağı səviyyədə aşkar edilmişdir.Po rejimləri (şək. 6B Cədvəl 1 [link]). Beş eksponentin istifadəsi hər iki halda uyğunluğun keyfiyyətini və ya sabitliyini yaxşılaşdırmadı. Bundan əlavə, rejimlər daxilində dörd eksponensial uyğunluqda əldə edilən bəzi xarakterik zaman sabitləri ümumi paylanmanın beş qapalı zaman sabiti ilə təəccüblü oxşarlıqlar göstərdi (Cədvəl 1 [link]). Ən qısası, τc1, GIRK1/4 yamaqlarının ümumi paylanmasında və iki rejimdə 0,6-0,9 ms olmaqla çox oxşar idi. τc2 Ümumi paylamanın (~5 ms) partlama rejimində cəsarətlə təmsil olundu, lakin aşağı hissədə yox idi.Po rejimi. Növbəti dəfə sabiti, partlayış və aşağı üçün 23 və 46 ms.Po rejimi, müvafiq olaraq, yəqin ki, τ uyğun gəlirc3 ümumi paylanmanın (31 ms). τ ilə xarakterizə edilən bağlanmaların növbəti populyasiyasıc4 240 ms, şübhəsiz ki, yalnız aşağı bölgələrdə mövcud olan böyük bir alt populyasiyanın töhfəsini verdi.Po rejimi (τ= 238,5 ms), lakin partlayış rejimində yoxdur. Nəhayət, ən uzun zaman sabiti, τc5, partlama rejimində (760 ms) ümumi əhali və ya aşağı təbəqədən daha kiçik göründü.Po rejim, lakin partlama rejimində uzun qapanmaların nisbi nadir olması səbəbindən bu vaxt sabitinin təxminləri çox dəqiq deyildi.

Aşağıda ümumi orta qapalı vaxtPo rejimi partlayış rejiminə nisbətən 10 dəfədən çox idi (Cədvəl 1 [link]), bu, böyük fərqin Po əsasən bu amillə bağlı idi. İki rejimdə eksponensial paylanmaların komponentlərinin töhfələrinin təhlili (Şəkil 6).D) qısa və uzun açıq vaxtları olan populyasiyaların ümumi açıq vaxta təxminən bərabər töhfə verdiyini göstərdi. Yenə qapalı vaxtlarda rejimlər arasındakı fərqlər diqqəti çəkir. aşağı-Po rejimində qısa qapanmalar əhəmiyyətsizdir və ən uzun τ, τ olan iki populyasiyac4 və τc5 (∼240 və ~2700 ms) ümumi qapalı vaxtın > 95%-ni təşkil edir. Bunun əksinə olaraq, partlama rejimində üç qısa qapanma sinifindən ikisi (τc2 və τc3 ~6 və 47 ms) ümumi qapalı vaxta əhəmiyyətli töhfə verir (> 40%).

GIRK1/5 kanallarının modal davranışı

Qeydlərin vizual təftişindən və Po data (2 s seqmentləri) GIRK1/5-də modal davranışın GIRK1/4 kanallarına nisbətən daha az aydın olduğu ortaya çıxdı. Bununla birlikdə, analizlər aparılır |Z| 4-8.4 diapazonunda olan qiymətlər, oxşar olan seqmentlərin qruplaşdırılmasını təklif edir Po təsadüfən baş verməsi ehtimalı azdır. Buna görə də GIRK1/4 kanalları üçün olduğu kimi daha ətraflı təhlil aparıldı (müxtəlif seçmə tezliklərinin qeyri-müəyyənliyinin qarşısını almaq üçün hazırkı təhlil üçün 2,5 kHz seçmə tezliyi olan 5 hüceyrə seçilmişdir). Orta to iki ehtimal rejiminə uyğun olan dəyərlər əhəmiyyətli dərəcədə fərqli idi (burst rejimi üçün 4,37 ± 0,16 ms və aşağı rejim üçün 2,73 ± 0,07 ms)Po rejim, P < 0,001). Ümumi Po partlayış və aşağı dəyərlərPo rejimi müvafiq olaraq 0,122 və 0,029 idi. Nəzərə alın ki, bu ~4 qat fərqdir Po GIRK1/4 kanallarından (~30 dəfə) çox kiçik idi.

Tezlik təhlili GIRK1/4 kanalları ilə eyni şəkildə rejimlər arasında açıq fərqlər göstərmədi. Həm partlayış rejimi, həm də aşağı-Po rejim tezliklərinin paylanması xarakterik tezliklərin kifayət qədər yaxın dəyərlərini verən iki həndəsi ilə yaxşı təchiz oluna bilər (burst rejimi üçün 1,16 və 38,03 Hz, aşağı tezlik üçün 1,09 və 18,66 Hz).-Po rejimi). Eynilə, yüksək və aşağı kinetik analizPo məlumat dəstləri GIRK1/4 vəziyyətində olduğu kimi aydın bir şəkil vermədi. Hər iki rejimdə açıq vaxt paylamaları qənaətbəxş şəkildə iki eksponentlə təchiz edilmişdir, onlardan yalnız daha uzun olanı rejimlər arasında əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənirdi (burst rejimi üçün 1,06 və 6,28 ms, aşağı rejim üçün 0,85 və 3,52 ms).-Po rejimi). Qapalı zaman paylama analizinə görə, aşağı olduğu ortaya çıxdı-Po rejim yəqin ki, bütün qeydlərdə tapılan bütün beş qapalı vaxt komponentini ehtiva edirdi. Partlayış rejimi qapalı vaxt bölgüsü aşağı səviyyədə olan uzun eksponenti buraxaraq dörd eksponentlə təchiz edilə bilər.-Po rejimi.

G tərəfindən inhibe edildikdən sonra GIRK1/4 qapısıαi1

GIRK1/5 kanalları GTPγS ilə aktivləşdirilmiş, miristollaşdırılmış G tərəfindən inhibə edilirαi1 IC ilə50 100 pM-də 15 pM-ə yaxın, inhibə 95% -ə çatır ( Schreibmayer və b. 1996). Bu inhibə G-nin sekvestrasiyası ilə bağlı deyilβγ lakin başqa, naməlum mexanizmə. Siçovulların atrial miyositlərində inhibə GIRK1/5 inhibəsindən yəqin ki, ~85% idi (Şreibmayer) və b. 1996). Baxmayaraq ki, eyni işdə biz oositlərdə ifadə olunan GIRK1/4 kanallarının inhibəsini də müşahidə etmişik, nə kanal kinetikası, nə də G tərəfindən inhibə mexanizmi.αi1 ətraflı təhlil edilmişdir. G-nin iştirakı ilə kanal fəaliyyətinin nümunəsiαi1 uzun qapanma dövrləri və aşağı olması ilə xarakterizə olunurdu Po, aşağıya bənzəyirPo rejimi və ehtimalını artırır ki, Gαi1 GIRK-ın modal davranışına nəzarət edən hüceyrə faktorlarından biri ola bilər. Buna görə də G.-nin ətraflı təhlilini aparmağa qərar verdikαi1- GIRK1/4-ün induksiyası.

Eksizləşdirilmiş yamalar 20 nM G-ə məruz qaldıβγ tək və ya 25 və ya 100 pM G ilə birlikdəαi1. Şəkil 7-dən göründüyü kimiA, bir çox yamaqlarda G-nin inhibitor təsiriαi1 asanlıqla görmək olardı. Bununla belə, əksər hallarda GIRK1/4-ün əhəmiyyətli dərəcədə aktivləşməsi hələ də G-nin iştirakı ilə müşahidə edilmişdir.αi1. G-nin təsirlərini qiymətləndirmək üçünβγ və Gαi1, G tərəfindən aktivləşdirmə dərəcəsiβγ hesablanaraq, hər bir yamaqda eyni yamaqda bazal aktivliyə normallaşdırılmışdır NPo G-nin iştirakı iləβγ bazaya bölünür NPo. NPo G-nin iştirakı iləβγ G əlavə edildikdən sonra 2 ilə 7 dəqiqə arasında maksimum aktivliyin 1 dəqiqəlik müddəti ərzində ölçüldüβγ. bazal NPo yamaq kəsildikdən sonra ikinci dəqiqə ərzində ölçüldü. -nin qiymətləndirilməsi NPo bazal aktivliyi çox aşağı olan yamaqlarda (dəq. 3-4 deşikdən az) etibarsız idi, buna görə də bazal yamaqlar NPo < 0.00005 analizdən çıxarılıb (37 yamaqdan 4-ü).

Bu təcrübələrin xülasəsi Şəkil 7-də göstərilmişdirB. Gβγ tək başına kanalı > 770 dəfə aktivləşdirdi. GTPγS ilə aktivləşdirilmiş G varlığındaαi1 aktivləşdirmə təxminən 70% zəiflədi, lakin hələ də ~200 dəfə çox əhəmiyyətli idi. G. tərəfindən nəzarətin aktivləşdirilməsi ilə hərtərəfli müqayisələr aparılarsa, inhibə asanlıqla nəzərdən qaçırıla bilərβγ eyni oosit partiyalarında yerinə yetirilməmişdir.

G tərəfindən aktivləşdirilmiş dörd yamaqdaβγ G-nin iştirakı iləαi1, rekordun bütün vaxtı ərzində heç bir açılışların üst-üstə düşməsi müşahidə olunmadı (Gβγ ərizə). Bu qeydlərin hər birində nisbətən az açılış olduğu üçün bu dörd yamaqdan alınan məlumatlar birləşdirildi və açıq və qapalı kinetiklər əvvəlki kimi təhlil edildi. Açıq vaxt bölgüsü iki eksponentlə təchiz edilmişdir (Şəkil 7C və Cədvəl 1 [link]). Qapalı vaxt bölgüsü dörd eksponentlə təchiz edilmişdir (Şəkil 7D), yaxın, lakin aşağı olanlarla eyni deyilPo rejimi (Cədvəl 1 [link]). G-nin iştirakı ilə GIRK1/4 qapısının tezlik analiziαi1 1.13 və 7.47 Hz-lik xarakterik tezliklər, aşağı tezliklərdə tapılanlara oxşardır.-Po GIRK1/4 rejimi (1,46 və 10,7 Hz).


3 İON CARİ MODELİ

Ürək AP modelləri kanallar və daşıyıcılar vasitəsilə xüsusi ion cərəyanlarını, hüceyrədaxili bölmələr arasında diffuziya axınını və kalsiumun tamponlanmasını və sarkoplazmatik retikulumda sərbəst buraxılmasını təsvir edən bir neçə alt modeldən ibarətdir. Bu komponentlərdən gərginliyə həssas passiv ion kanal cərəyanları ilk dəfə modelləşdirilmişdir və riyazi modellərin elektrofiziologiya məlumatlarına “bütün hüceyrə gərginlikli sıxac” təcrübələrindən uyğunlaşdırılması problemi xüsusilə ürək, neyron, və ümumi həyəcanlı hüceyrə fiziologiyası.

3.1 Gərginliyə həssas ion kanalları

(2)

3.1.1 Stabil vəziyyətlər və zaman sabitləri

Bir sıra tədqiqatlar müəyyən gərginliklərdə bütün hüceyrə cərəyan qeydlərindən sabit vəziyyət cərəyanlarının və cari tənəzzül/aktivləşmənin zaman sabitlərinin qiymətləndirilməsi probleminə yönəlmişdir. Bu analizlər tez-tez sintetik məlumatlar üzərində aparılsa və yüksək riyazi ola bilsə də, onların nəticələri eksperimentçilər və modelləşdiricilər üçün uyğundur, çünki eksperimental nəticələrin hesabatı üçün vaxt sabitləri və sabit vəziyyətlər hələ də adətən istifadə olunur (baxmayaraq ki, aydın olacaq səbəblərə görə, oxuyan hər bir eksperimentçidən xahiş edirik ki, xahiş edirik həmçinin cari vaxt kurslarını rəqəmsal formatda dərc edin).

Bir çox nəşr edilmiş tədqiqatlar iki qapılı Hodgkin-Huxley modelinin (yəni aktivləşdirmə və inaktivasiya qapısı ilə) uyğunlaşdırılmasının xüsusi problemini nəzərdən keçirir. Bu cür modellər hər bir qapının kinetikasının gərginlikdən asılı sabit vəziyyət və zaman sabiti ilə təsvir olunduğu formada yazıla bilər və uyğunlaşdırma proseduru bu kəmiyyətlərin cari ölçmələrdən çıxarılmasını nəzərdə tutur. bir neçə gərginlik üçün müstəqil olaraq. Bu analiz üsullarının ətraflı nümunələri Clerx, Beattie və başqalarına əlavə materiallarda verilmişdir. (2019). Daha sonra nəticə nöqtələri vasitəsilə əyriləri uyğunlaşdırmaqla (çox vaxt bir qədər ixtiyari) model "uyğun" hazırlanır və nəticədə yaranan tənliyi birbaşa modelə daxil edir. Bu prosedurun sxematik icmalı Şəkil 5a-da göstərilmişdir.

Bu üsulla bağlı həlledici bir məqam Beaumont, Roberge, and Leon (1993) tərəfindən edilmişdi, o göstərmişdir ki, sabit vəziyyətlər yalnız müxtəlif qapıların zaman sabitləri (məsələn, aktivasiya və inaktivasiya) “yaxşı ayrılmış olarsa” düzgün ölçülə bilər. .” Başqa sözlə, istənilən gərginlikdə sabit aktivləşmə və inaktivasiya vəziyyətlərini ölçmək qabiliyyətimiz V, həmin gərginlikdə aktivləşmə və təsirsizləşdirmə vaxt sabitlərində böyük fərq olmasından asılıdır. Eyni nəticə Willms, Baro, Harris-Warrick, and Guckenheimer (1999) və Lee, Smaill, and Smith (2006) tərəfindən də gücləndirilmişdir. Yaxşı ayrılmış vaxt sabitlərinin olması çox vaxt proseslərdən birinin ya çox sürətli olması deməkdir (məsələn, INa aktivləşdirmə) və ya çox yavaş (məsələn, IKr aktivləşdirmə). Burada maraqlı bir eksperimental mülahizə var ki, çox sürətli prosesləri ölçmək çətindir və xüsusi avadanlıq tələb edə bilər (Sherman, Shrier, & Cooper, 1999), yavaş proseslər üçün isə gərginlik addımlarının kifayət qədər uzun olmasına çox diqqət yetirilməlidir ( Clerx, Beattie, et al., 2019 Vandenberg et al., 2012), ölçmə zamanı hüceyrələr qeyri-sabit olarsa çətinliklər yaradır. Modelin parametrlərinə uyğunlaşmaq üçün sabit vəziyyətlərin meydana gəlməsini gözləməmək üstünlük təşkil edir.

3.1.2 Hodgkin-Huxley modelinin parametrləri

Beaumont, Roberge, and Lemieux (1993) tərəfindən hazırlanmış ikinci məqalə, ayrılmaz zaman sabitləri ilə HH modelinin sabit vəziyyətlərinin tapılması problemini araşdırdı. Onlar adlandırdıqları həllinin bir hissəsi kimi inversiya proseduru, onlar bütün ölçülmüş gərginliklərdə sabit vəziyyətləri birləşdirmək üçün Boltzman əyrisindən istifadə etdilər (bu, hər bir gərginliyi müstəqil şəkildə uyğunlaşdırmaqdan daha güclü məhdudiyyət təmin edir) və sonra onu pik cərəyandan və zirvəyə çatan vaxtdan istifadə edərək quraşdırdılar. nöqtələr ən yüksək siqnal-küy nisbətini təmin edir. Daha sonra ədədi optimallaşdırmadan istifadə edərək son parametrlər əldə edilir. Bu metodun daha da genişləndirilməsi Wang və Beaumont-da (2004) təqdim edilmişdir ki, bu da ədədi optimallaşdırmanın qarşısını alır, lakin bütün hüceyrə tipləri tərəfindən yaxşı tolere edilməyən yenilənmiş gərginlik pilləsi protokolunu tələb edir. Seriyanın dördüncü məqaləsi (Raba, Cordeiro, Antzelevitch, & Beaumont, 2013) yenilənmiş eksperimental protokola ehtiyacın eksperimental təsdiqini təmin etdi və Wang və Beaumont (2004) metodunun təkmilləşdirilmiş versiyasını göstərən sintetik məlumatlar üzərində təcrübələrdən ibarət idi. .

Willms et al. (1999) və Lee et al. (2006) iki qapılı HH modellərinin oxşar təhlillərini həyata keçirdilər və hər ikisi göstərdi ki, sabit vəziyyətlərin və zaman sabitlərinin müstəqil olaraq (və ya “ayrı-ayrılıqda”) qiymətləndirilməsi zaman nisbəti ilə ölçülən sabit vəziyyətin aktivləşdirilməsinin qiymətləndirilməsində səhvə gətirib çıxarır. aktivasiya və inaktivasiya sabitləri. Lee və başqalarının işi. (2006) pik cərəyanlar, zaman-pik və sabit vəziyyət axınlarında səhvi minimuma endirən bir yanaşma tövsiyə etdi, Willms et al. (1999) birbaşa cərəyan izlərinin quraşdırılmasını tövsiyə etdi (bax Şəkil 5c). Hər iki tədqiqat öz metodlarının ənənəvi yanaşmadan üstünlüyünü göstərmək üçün simulyasiyalardan istifadə etmişdir.

Csercsik və başqaları fərqli bir yanaşma tətbiq etdilər. (2010) və Csercsik, Hangos, and Szederkenyi (2012), sabit vəziyyətlərin və bir gərginlik addımından zaman sabitlərinin nəzəri identifikasiyasını araşdırdılar. Hər biri Eksponent 1 olan iki qapısı olan HH modelləri üçün onlar zaman sabitlərinin müəyyən edilə biləcəyini, maksimal keçiricilik və sabit vəziyyətlərin isə naməlum cütlük təşkil etdiyini göstərə bildilər. Bu təhlil Walch və Eisenberg (2016) tərəfindən ümumi HH modellərinə (hər hansı bir eksponenti olan istənilən sayda qapı) genişləndirildi, əlavə nəticə ilə eksponentlərin özləri müəyyən edilə bilər. Bu, tək gərginlikli addımların təhlili üçün dəyərli işdir, lakin təhlil hələ çox gərginlikli pilləli protokollara qədər genişləndirilməlidir, burada biz praktiki identifikasiya təcrübələrindən bilirik ki, müxtəlif gərginliklərdə parametrlər arasındakı əlaqə haqqında biliklər gərginliyin tam müəyyən edilməsini təmin edə bilər. parametrləri (məsələn, Şəkil 1-də göstərilən formanın gərginlikdən asılı dərəcələrini qəbul etməklə).

3.1.3 Markov modelləri və optimallaşdırma yanaşmaları

Bir çox modellər müstəqil HH qapılarından daha mürəkkəb kinetik sxemi irəli sürürlər ki, sistem artıq müstəqil zaman sabitləri və sabit vəziyyətlər dəsti ilə təsvir edilə bilməz. Bunun əvəzinə, bu modellər, parametrlər üçün bəzi ilkin təxminlərdən istifadə edərək, eksperimental məlumatlar və simulyasiyalar arasında səhv ölçüsünü təyin etməklə və sonra səhv minimuma endirilənə qədər parametrləri iterativ şəkildə tənzimləməklə uyğun gəlir. HH modelləri ilə məhdudlaşan əvvəlki bölmələrdə müzakirə olunan üsullardan fərqli olaraq, optimallaşdırmaya əsaslanan üsullar ion cərəyanının istənilən modeli üçün istifadə edilə bilər.

Modelin kalibrlənməsi üçün optimallaşdırmadan istifadə etmək üçün ümumi üsul, adi gərginlik sıxacının protokollarını simulyasiya etmək, sabit vəziyyətləri və vaxt sabitlərini hesablamaq (müvəqqəti olaraq HH formalizmini fərz etməklə) və sonra simulyasiya edilmiş və eksperimental dəyərlər arasındakı fərq minimuma endirilənə qədər parametrləri tənzimləməkdir (Şəkil bax. 5b). Bu metodun üstünlüyü ondan ibarətdir ki, giriş kimi yalnız sabit vəziyyətlər və zaman sabitləri tələb olunur, onları eksperimental ədəbiyyatda tapmaq asandır, lakin bu, böyük xətalara və lazımsız mürəkkəb quraşdırma proseduruna səbəb ola bilər (Clerx, Beattie, et al., 2019). ).

Şəkil 5c-də göstərilən alternativ üsul qeydə alınmış və simulyasiya edilmiş cərəyanları birbaşa müqayisə etməkdir. Bu metodun ilk nümunəsi Balser, Roden və Bennett-də (1990) göstərilmişdir ki, o, üç ştatlı Markov modelində (Eyrinq dərəcələri ilə) kanalın açıq ehtimalını simulyasiya etmiş və bunu makroskopik bütün hüceyrə qeydlərindən təxmin edilən açıq ehtimala uyğunlaşdırmışdır. . Onlar öz metodlarının Qvineya donuzunun mədəcik miyositlərindəki ölçmələrə tətbiq oluna biləcəyini göstərdilər, eyni zamanda onun 90 virtual “hüceyrə”dən ibarət simulyasiya dəstində performansını yoxladılar.

Markov modelinin parametrlərinin identifikasiyasına diqqət yetirilmişdir yerli parametr fəzasında məlum həlldən başlayan analiz. Bu nöqtədə modelin müəyyən edilə bilməyəcəyi aşkar edilərsə, bu, qlobal identifikasiyanın çatışmazlığını sübut edir, lakin yerli olaraq müəyyən edilə bilən nəticələrin qlobal identifikasiyası üçün heç bir zəmanət verilə bilməz. Bir neçə model və gərginlik protokolları Fink və Noble (2009) tərəfindən yerli identifikasiya üçün sınaqdan keçirilmişdir, onlar bundan nəşr olunmuş Markov modellərində bir neçə naməlum parametrləri vurğulamaq üçün istifadə etmişlər. Tək dəyər parçalanmasına əsaslanan bu metodun genişləndirilməsi daha sonra Sher və digərlərində təqdim edilmişdir. (2013) və lazımsız parametrləri aradan qaldıraraq azaldılmış modellər yaratmaq üçün istifadə olunur. Qeyd edək ki, hətta qlobal optimallaşdırmaya əsaslanan praktiki identifikasiya təhlili sintetik məlumatları yaradan parametrlərin vahid dəstinə münasibətdə hələ də yerlidir və buna görə də bu məşqləri çoxsaylı mümkün parametr dəstləri ilə təkrarlamaq tövsiyə olunur.

3.1.4 Protokolun dizaynı

Praktik identifikasiya təhlili gərginlik sıxacının protokollarını tərtib etmək üçün bir vasitə kimi istifadə edilmişdir.Məsələn, Fink və Noble (2009) parametrin identifikasiyasına təsir etməyən addımları aradan qaldıraraq populyar gərginlikli sıxac protokollarını təhlil etdi və qısaldıb. Zhou və başqaları. (2009) eksperimentləri yerinə yetirməzdən əvvəl identifikasiya üçün müxtəlif protokolları və Csercsik et al tərəfindən HH modelinin identifikasiyası üzərində işi sınaqdan keçirmişdir. (2012) protokol tərtibatı üçün bir neçə tövsiyə ilə bitir.

Protokol dizaynına daha radikal yanaşma əvvəllər Millonas və Hanck (1998b) tərəfindən qəbul edilmişdi. INa yüksək və aşağı gərginlik arasında sürətlə dəyişən və modelin kalibrlənməsi üçün istifadə edən protokollardan yaranan cərəyanlar. Daha sonra onlar adi gərginlik klapan protokollarından cərəyanlara bir model uyğunlaşdırdılar və onun yeni protokola cavabı təxmin edə bilməyəcəyini göstərdilər ki, bu da sürətlə dəyişən protokolun yeni məlumatları üzə çıxarmaq potensialına malik olduğunu göstərdi (Millonas & Hanck, 1998b, 1998a) . Sonrakı araşdırma (Kargol, Smith, & Millonas, 2002) sistematik protokol dizaynını araşdırdı və adi protokollara oxşar reaksiya göstərən iki rəqib modelin proqnozlarını maksimuma çatdırmaq üçün protokolun tərtib edildiyi bir nümunə göstərdi. Protokolları sistematik şəkildə yaratmaq (və müqayisə etmək) üsullarından biri oxşar dalğa formalarını, məsələn, müxtəlif tezliklərin və amplitudaların sinus dalğalarını üst-üstə qoyaraq onları yaratmaqdır və müəlliflər təklif etməzdən əvvəl bunu qısaca müzakirə edirlər. dalğalar daha münasib əsas kimi (onlar Hosein-Sooklal və Kargol, 2002 Kargol, 2013-də daha da tədqiq etdilər).

Sinus dalğalarının superpozisiyası da Beattie və digərlərində təqdim edilən protokolun əsasını təşkil etdi. (2018). Bu araşdırmada ölçdük IKr 8 s optimallaşdırılmış protokola cavab olaraq cərəyan etdi və onu dörd ştatlı Markov modelinə uyğunlaşdırmaq üçün istifadə etdi (iki müstəqil qapısı olan Hodgkin-Huxley modelinə bərabər). Model daha sonra bir AP dalğa formasının təsdiqləmə protokoluna cavabı proqnozlaşdırmaq üçün istifadə edildi (yəni uyğun məlumatlarda istifadə edilmir) və adi addım protokollarına uyğunlaşdırılmış ədəbiyyatda nəşr olunan modelləri üstələdiyi aşkar edildi. Qeyd edək ki, bu tədqiqat sinusoidal kalibrləmə protokolunu və adi gərginlik sıxacının protokolları və AP-lərin sıxacları şəklində (qısaldılmış versiyaları) müstəqil təsdiqləmə protokollarını həyata keçirdi, hamısı eyni hüceyrələrdə. Növbəti nəşrdə (Clerx, Beattie, et al., 2019), biz dörd fərqli uyğunlaşdırma metodunu (hər biri ədəbiyyatda tapılan ümumi metodlar qrupunu xarakterizə edir) proqnozlaşdırıcı güc və möhkəmlik baxımından müqayisə etmək üçün bu məlumat dəstindən istifadə etdik. Bu üsullar Şəkil 5-də ümumiləşdirilmişdir. Yuxarıda müzakirə edilən nəzəri tədqiqatlarla razılaşaraq, biz müəyyən etdik ki, tam iz uyğunluğu sabit vəziyyətə və zaman-sabit yaxınlaşmaya əsaslanan uyğunluqdan xeyli üstün olub və yeni qısaldılmış protokol onun adi analoqları kimi yerinə yetirilib. .

Avtomatlaşdırılmış patch-clamp platformaları bu yaxınlarda əlçatan oldu və əvvəllər mümkün olduğundan daha çox sayda eksperimentlər aparmaq şansı təklif edir. Lei, Clerx, Beattie və s. tərəfindən aparılan son araşdırma. (2019) Beattie və digərlərinin məlumatla zəngin protokol işini uyğunlaşdırdı. (2018) bu maşınlar üçün sinus dalğalarını pilləkən protokolu ilə əvəz etmək (praktik məhdudiyyətləri aradan qaldırmaq üçün) və bir keçiddə 124 hüceyrəyə xas model yaratmaq.

3.1.5 Məlumat mənbələrinin birləşdirilməsi

Optimallaşdırmaya əsaslanan uyğunlaşdırma metodlarının üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onlar müxtəlif mənbələrdən məlumatları daxil etmək üçün sadə üsul təqdim edir. Məsələn, Vandenberq və Bezanilla (1991) və Irvine, Saleet Jafri və Winslow (1999) bütöv hüceyrə cərəyanının, bir kanallı cərəyanın və keçid cərəyanının (kanalların konformasiyasında yerdəyişmə nəticəsində yaranan mikroskopik cərəyan) ölçülərini birləşdirdilər. dəyişikliklər) tək modeldə. Bu yaxınlarda gərginlik sıxacının flüorometriyasından ölçmələr elektrofiziologiya məlumatları ilə birlikdə ion kanal keçidinin riyazi modellərini kalibrləmək və/yaxud təsdiq etmək üçün istifadə edilmişdir (Moreno, Zhu, Mangold, Chung, & Silva, 2019 Zaydman et al., 2014) . Məlumatların bu şəkildə birləşdirilməsi böyük potensiala malik olsa da, müxtəlif məlumat dəstləri fərqli “ən yaxşı” cavab təklif edərsə, bu, eyni zamanda unikal həll yolu tapmaqda problemlərə səbəb ola bilər. Bu, modelin qeyri-kamil olduğu bilindiyi və qəbul edildiyi təqdirdə baş verə bilər, bu halda müxtəlif məlumat dəstlərinin çəkisini tənzimləmək modelçiyə nəticəni “çizməyə” və onu gözlənilən kontekstdə ən faydalı hesab edilən modelə yönəltməyə imkan verə bilər. istifadə. Lakin modelin bütün məlumat dəstlərini bir anda sığdırmaq qabiliyyətinə malik olduğunu fərz etsək belə, biz yenə də belə bir modeldən çətinliklər gözləyə bilərik. çoxməqsədli optimallaşdırma problemi, məsələn, hər bir ölçmə müxtəlif hüceyrələrdə və ya bir qədər fərqli şəraitdə aparılıbsa.

Nəhayət, bir neçə müəllif gərginliyə həssas ion kanal modellərinin bütün hüceyrə cərəyan qeydlərindən başqa mənbələrdən alınan məlumatlara uyğunlaşdırılmasını araşdırdı. Məsələn, tək kanallı gərginlik sıxacının ölçmələri (aşağıya bax), həm də tək kanallı cərəyan sıxacının (Tveito, Lines, Edwards, & McCulloch, 2016). Bir sıra tədqiqatlar AP və kalsium keçidinin ölçülərinə uyğunluğu araşdırıb (Bueno-Orovio et al., 2008 Cairns, Fenton, & Cherry, 2017 Dokos & Lovell, 2004), bu, kanal blokerlərindən istifadə etmədən miyositlər üçün kinetikanın təyin edilməsinə imkan verəcəkdir. və ya cari ayırma protokolları (bax. Bölmə 4.3.2). Çoxkanallı identifikasiyaya başqa bir yanaşma Milescu, Yamanishi, Ptak, Mogri, and Smith (2008) tərəfindən təqdim edildi, o, hüceyrədə AP-ni ölçdü və sonra maraq axınının qarşısını aldı, dinamik sıxacdan istifadə edərək simulyasiya edilmiş cərəyan vurdu və hüceyrə orijinal davranışını göstərənə qədər simulyasiya parametrlərini düzəltdi. Bu proses daha sonra sonrakı cərəyanlar üçün əlavə blokerlər və modellər əlavə etməklə təkrarlana bilər.

3.2 Modulyasiya edilmiş gərginliyə həssaslıq

Sırf gərginliyə həssas kanallardan mürəkkəbliyin növbəti addımı, ion cərəyanının gərginliyə həssas davranışının digər amillər, məsələn, temperatur və ya ligandların bağlanması ilə modullaşdırıldığı vəziyyəti öyrənməkdir. Bu, ürək fiziologiyasında bir neçə yolla, məsələn, otaq temperaturu məlumatlarını daxil etmək üçün ölçmələr temperatura uyğunlaşdırıldıqda və ya qızdırma və hipotermiyanı öyrəndikdə, mutasiyaların, dərmanların və ya siqnalın təsirini öyrənərkən (məsələn, kanalın fosforilasiyası vasitəsilə) təsir göstərir. , və ya həm gərginlik, həm də Ca-dan asılı kinetik nümayiş etdirən L tipli kalsium kimi cərəyanları modelləşdirərkən.

Modulyasiyanı daxil etmək üçün edilən dəyişikliklərə (a) maksimum keçiriciliyə dəyişikliklər, məsələn, dərman vasitəsi ilə törədilən məsamə blokadası (Mirams et al., 2011), bütöv hüceyrə cərəyanını azaldan mutasiyalar (Sadrieh və digərləri, 2014) və ya ionlar daxil ola bilər. -konsentrasiyadan asılılıq (Fink, Noble, Virag, Varro, & Giles, 2008) (b) kinetik parametrlər, məsələn, temperatur dəyişiklikləri (Li et al., 2016), mutasiyalar (Clancy & Rudy, 2001) və ya yenidən ion -konsentrasiyadan asılılıq (Fink və digərləri, 2008 Mazhari, Greenstein, Winslow, Marbán, & Nuss, 2001) və ya (c) kinetik sxemin özü, məsələn, dərman reseptor sahələrinin mövcudluğunu modelləşdirmək üçün (Starmer, Grant, & Strauss, 1984) və ya mutasiyalar (Clancy & Rudy, 2002) və ya ligand-bağlama (Bondarenko, 2014) tərəfindən yaradılmış yeni "rejimləri" daxil etmək. Xüsusilə dərmana bağlı dəyişikliklər üçün faydalı icmal Brennan, Fink, and Rodriguez (2009)-da tapıla bilər.

Modelləşdirmə nöqteyi-nəzərindən ən sadə hal, kanalların dəyişdirilmiş və dəyişdirilməmiş qrupa bölünməsidir, beləliklə, birləşmiş davranışı maraq doğuran vəziyyəti təmsil edən iki müstəqil model yaratmaq üçün sadəcə olaraq iki dəfə nəticə çıxarırıq. Məsələn, SCN5A-da homozigot mutasiyalar (burada tək bir genin bütün alfa alt vahidi üçün kodlandığı) sadəcə olaraq bütövlükdə dəyişdirilməsi ilə modelləşdirilmişdir. INa model (Clancy & Rudy, 1999). Heterozigot mutasiyalar iki irsi növ arasında müəyyən nisbətin olması ilə modelləşdirilmişdir (Loewe et al., 2014), baxmayaraq ki, çox vaxt heterozigot bütün hüceyrə cərəyanı tək bir varlıq kimi modelləşdirilir (Whittaker, Ni, Harchi, Hancox, & Zhang). , 2017). Kanalın fosforilasiyası kimi proseslər üçün iki müstəqil kanal modelinin (O'Hara et al., 2011) daxil edilməsi adi haldır, lakin ikisi arasında sabit nisbət əvəzinə dəyişəndir.

Eyni ideyanın alternativ təqdimatı kanalın bir rejimdən digərinə keçməsinə imkan verən (bəlkə də gərginliyə həssas olmayan) sürət sabitləri ilə iki modeli vahid kinetik sxemdə birləşdirməkdir. Bu təmsil L-tipli kalsium modelləri (Jafri, Rice, & Winslow, 1998 Mahajan et al., 2008) üçün ümumidir, lakin eyni zamanda dərman təsirlərini modelləşdirmək üçün də istifadə edilmişdir (Brennan et al., 2009 Li et al., 2017).

Bəzi modulyasiya edən amillər üçün model strukturunu sabit saxlamaq, lakin sürət sabitlərini dəyişdirmək daha məqsədəuyğun ola bilər. Bu, temperatur üçün ümumi strategiyadır (Destexhe & Huguenard, 2000), həm də mutasiyalar üçün (bax: Carbonell-Pascual, Godoy, Ferrer, Romero, & Ferrero, 2016 model strukturuna qarşı nisbətlərin dəyişdirilməsi müzakirəsi). Bu yaxınlarda Lei, Clerx, Gavaghan və b. ( 2019 ) ölçülən və quraşdırılmışdır IKr-bir neçə temperaturda müstəqil olaraq kinetik, beləliklə, temperatura qarşı kinetik sürətlərin qrafikləri tərtib edilə bilər. Qeyd edək ki, identifikasiya qabiliyyəti belə bir məşq üçün çox vacibdir, çünki identifikasiyanın olmaması əldə edilmiş parametrlərdə mənasız dəyişikliklərə səbəb ola bilər (bu halda yaxşı identifikasiya xüsusiyyətləri əvvəllər göstərilmişdi [Lei, Clerx, Beattie, et al., 2019]). Bu müstəqil uyğunluq strategiyasını digər sahələrə ekstrapolyasiya etmək, məsələn, dərmanın hansı dərəcələrə təsir etdiyini görmək mümkün ola bilər və bu kontekstdə qısaldılmış məlumatla zəngin protokollar xüsusilə faydalı ola bilər. Nəhayət, dərəcələrə modulyasiyaedici təsir üçün bir tənlik məlumdursa, tək bir təcrübə zamanı həm gərginlik, həm də modulyasiya edən amilləri dəyişmək və nəticələrə bir model uyğunlaşdırmaq da mümkün ola bilər.

3.3 Liqanda qapılı kanallar

Sırf liqand-qapılı kanallar kardiyak ədəbiyyatda gərginliyə bağlı həmkarları qədər diqqəti cəlb etməmişdir. Diqqətəlayiq bir istisna, kalsiumun idarə edilməsində mühüm rol oynayan və Hilgemann və Noble (1987) işindən bəri ürək AP modellərinə daxil edilmiş Ryanodine reseptorudur (kanal). Nevroloji ədəbiyyatda liqand-qapılı kanalların tədqiqatları çoxdur, Markov modellərinin tək kanallı cərəyanlara uyğunlaşdırılması probleminə xüsusi maraq verilir. Məsələn, Colquhoun və Sigworth (1995), Horn and Lange (1983) və Bauer, Bowman, and Kenyon (1987) cəlb edilən statistik (maksimum ehtimal) metodların ətraflı ilkin icmallarını təqdim edir və Fredkin, Montal, and Race (1985) ) dərəcəsinin müəyyən edilməsində mühüm nəticə əldə etmişdir. Bu mövzuda erkən ədəbiyyatın icmalı Ball və Rays (1992) tərəfindən tərtib edilmişdir və maksimum ehtimal üsullarının daha yeni qiymətləndirilməsi Colquhoun, Hatton, and Hawkes (2003) tərəfindən verilmişdir.

Bir sıra tədqiqatlar həm analitik (Edeson, Ball, Yeo, Milne, & Davies, 1994), həm də Bayesian seçmə (MCMC) metodlarından istifadə etməklə (Hines et al., 2014 Siekmann et al., 2012) bu kontekstdə eyniləşdirməyə müraciət etmişdir. Statistik metodların geniş istifadəsi təbii olaraq model seçimi (Hodgson & Green, 1999 Horn & Vandenberg, 1984) və Bayes analizi (Epstein, Calderhead, Girolami, & Sivilotti, 2016 Hodgson, 1999) üçün ehtimala əsaslanan üsullara gətirib çıxardı. VanDongen (2004) kimi tədqiqatlar bütün hüceyrə gərginlikli sıxac işi ilə maraqlı paralel olaraq, hər iki addımı eyni vaxtda yerinə yetirən metodlarla uyğunlaşmadan əvvəl məlumatları əvvəlcədən təhlil edən (“ideallaşdıran”) üsulları müqayisə etmişdir.

3.4 Nasoslar və daşıyıcılar

Nasoslar və daşıyıcılar ürək miyositlərində əsas rolları yerinə yetirir, ion kanalları vasitəsilə passiv daşınma üçün lazım olan elektrokimyəvi gradientləri bərpa edir və büzülmə üçün kalsium buraxıldıqdan sonra sarkoplazmatik retikulumu doldurur (Eisner, Caldwell, Kistamás, & Trafford, 2017). Buna baxmayaraq, kardiyomiyositlərdə aktiv nəqliyyatın modelləşdirilməsinə dair ədəbiyyat azdır. Məsələn, Bueno-Orovio, Sánchez, Pueyo, and Rodriguez (2014) tərəfindən aparılmış təhlil, AP-də Na/K nasos formulalarının əsasən DiFrancesco və Noble (1985) və ya Luo və Rudy (1994) tərəfindən miras alındığını, Niederer isə, Fink, Noble, and Smith (2009) göstərdi ki, bu prosesdə mənbə məlumatları ilə əlaqə (və uyğunluq) bəzən itirilir.

Na/K nasosunun modelini yaratmaq üçün çox sistemli bir yanaşma Smith və Crampin (2004) tərəfindən qəbul edilmişdir. Təfərrüatlı (lakin parametrləşdirilməsi çətin olan) 15 vəziyyətli kinetik sxemdən (Post-Albers modeli) başlayaraq, modelin əhəmiyyətli dərəcədə azaldılmasını həyata keçirmək üçün modelin (təxmin edilən) reaksiya dərəcələrindəki böyük fərqlərdən istifadə edərək, sadələşdirilmiş dörd vəziyyətli modelə gətirib çıxardılar. 14 parametrlə. Hər bir parametr üçün ilkin təxminlər müxtəlif nəşr olunmuş eksperimental nəticələrdən istifadə edilməklə aparıldı, bundan sonra modeli gərginliyə qarşı dövr sürətlərinin dərc edilmiş tədqiqatına uyğunlaşdırmaq üçün optimallaşdırmadan istifadə edildi. Maraqlıdır ki, məqalədə göstərilən son dərəcələrin bəziləri ilkin dəyərlərə bərabərdir və bu parametrlər dəyişdirilərkən uyğunluğun keyfiyyətinin dəyişməsi aşkar edilmədikdə, müəyyən edilə bilən problemləri göstərə bilər. Modelin təkmilləşdirilməsi Terkildsen, Crampin, and Smith-də (2007) eyni yanaşmadan istifadə etməklə, lakin genişləndirilmiş eksperimental məlumat dəstinə uyğun olaraq edilmişdir. Eyni qrup daha sonra SERCA nasosunun modelini yaratdı, bu dəfə 12 ştatlı kinetik sxemi 3 vəziyyətli modelə endirdi və yenidən bir neçə mənbədən (Tran, Smith, Loiselle, & Crampin, 2009). Pan, Gawthrop, Tran, Cursons, and Crampin tərəfindən son nəşr (2019) bu yanaşmanın genişləndirilməsini təqdim edir. bağ qrafikləri termodinamika qanunlarına avtomatik tabe olan azaldılmış modelləri əldə etmək üçün bu, onların ekstrapolyasiya zamanı real proqnozlar vermə ehtimalını artırır (bax. Bölmə 2.2).

(İnsan) ürək nasoslarından (xüsusilə fizioloji temperaturda) cari qeydlər nadir olsa da, kristal quruluş məlumatları mövcuddur. Gadsby (2009) tərəfindən edilən bir araşdırma, bunlardan aktiv nəqliyyatın arxasında duran prinsiplərin əvvəllər düşünüldüyündən daha çox passiv ion kanallı nəqliyyata bənzədiyini iddia etmək üçün istifadə edir. Əgər belədirsə, ligand-qapılı kanalların təhlilində istifadə olunan üsullar tətbiq oluna bilər: tək nasosdan keçən cərəyan təcrid olunmuş halda ölçülmək üçün çox kiçik olsa da, tədqiqatlar tək kanallı analiz üsullarını makroskopik məlumatlara uyğunlaşdırmaq üçün genişləndirməyi araşdırıb (Celentano & Hawkes, 2004 Milescu, Akk, & Sachs, 2005).


Polikondensasiya

5.10.2.3.2 Anilin birləşmələrinin oksidləşdirici polimerləşməsi

Polianilin (PANI) bir əsrdən çoxdur ki, tanınır. Hal-hazırda, PANI yüngül batareyalarda, mikroelektronikada, elektroxrom displeylərdə, işıq yayan diodlarda, elektromaqnit qoruyucularında, sensorlarda və s. texnoloji tətbiqlər üçün cəlbedici olan sabitliyinə və yaxşı elektrik və optik xüsusiyyətlərinə görə ən populyar keçirici polimerlərdən biridir. . PANI-nin sintezi üçün məşhur üsullar anilin monomerinin kimyəvi və ya elektrokimyəvi oksidləşmə polimerləşməsidir. Bununla belə, reaksiya şəraiti həddindən artıq pH, yüksək temperatur, güclü oksidləşdiricilər və yüksək zəhərli həllediciləri əhatə edən sərtdir.

Əksinə, anilin, onun törəmələri və digər aromatik birləşmələrin fermentativ polimerləşməsi həll olunan və emal olunan keçirici polimerlərin əmələ gəlməsinə doğru “yaşıl proses”in alternativ üsulunu təmin edir. Bu reaksiyalar adətən otaq temperaturunda və neytral pH-da sulu üzvi həlledicilərdə aparılır. Ənənəvi üsullarla müqayisədə reaksiya şəraiti xeyli yaxşılaşmış və son məhsulların təmizlənməsi prosesi sadələşdirilmişdir ( Sxem 28 ). 54

Sxem 28. Anilinin HRP-katalizli oksidləşdirici polimerləşməsi.

Suda həll olunan keçirici PANI, H istifadə edərək anilinin HRP-katalizli polimerləşməsi ilə əldə edilmişdir.2O2 oksidləşdirici, polianion şablon kimi çıxış edən sulfonlaşdırılmış polistirol (SPS) varlığında. Yaranan polimer SPS-ə kompleksləşdi və elektroaktivlik nümayiş etdirdi. PANI/SPS kompleksinin keçiriciliyi 0,005 S sm -1 olaraq ölçüldü. HCl dopinqindən sonra dəyərlər 0,15 S sm -1-ə qədər yüksəldi və anilin-SPS molar nisbətinin artması ilə daha da artırıla bilər. Enzimatik yanaşmanın misilsiz sintez asanlığı, emal qabiliyyəti, sabitlik (elektrik və kimyəvi) və ətraf mühitə uyğunluq təklif etdiyi iddia edilir. 55

SPS kimi bir şablonun iştirakı ilə anilinin enzimatik polimerləşməsi monomerin elektrostatik hizalanması və para-yönlü birləşməni təşviq etmək üçün SPS ilə xətti bir quruluşa malik PANI istehsal etdi. Şablon olmadan, PANI strukturu şaxələnmiş hala gəldi, bu, materialların aparılması üçün arzuolunan bir xüsusiyyət deyil. 56 Enzimatik yolla sintez edilən PANI adətən protonlanmış formada olur, sulu ammonyak məhlulu və ya digər uyğun əsaslarla müalicə olunmaqla protonlaşdırılmamış əsas formaya çevrilə bilər. PANI-nin protonlaşdırılmamış əsas forması təkrar vahidlər kimi azaldılmış 'A' baza vahidlərindən və oksidləşmiş əsas vahidlərdən 'B' ibarətdir, burada polimerin oksidləşmə vəziyyəti azalan qiymətlərlə artır. y (0 ≤ y ≤ 1). Dəyərləri üçün üç ekstremal imkanlar y müvafiq olaraq 1, 0,5 və 0-dır, tam azaldılmış PANI (leykoemeraldine), yarı oksidləşmiş PANI (zümrüd) və tam oksidləşmiş PANI (pernigraniline) uyğundur ( Sxem 29 ). 57

Sxem 29. Polianilin oksidləşmə vəziyyətinin üç həddindən artıq ehtimalı.

PANI kolloid hissəcikləri poli(vinil spirti), poli(vinil spirti) istifadə edərək toluensulfon turşusu ilə birlikdə dispers mühitdə anilinin HRP və ya SBP katalizli oksidləşdirici polimerləşməsi ilə hazırlanmışdır.N-izopropilakrilamid) və ya sterik stabilizator kimi xitosan. Koloidal hissəciklər pH və termohəssasdır və termoxrom pəncərələr, temperatura cavab verən elektroreoloji mayelər, aktuatorlar və ayırma texnologiyaları üçün kolloidlər kimi ağıllı cihazlarda potensial tətbiqlərə malik olduğu iddia edilir. 58


Giriş

C-Kit immunreaktivliyindən istifadə edərək müəyyən edilmiş Cajalın interstisial hüceyrələri (ICCs) mədə-bağırsaq (GI) traktları boyunca paylanır. Bu hüceyrələrin kardiostimulyator kimi GI hərəkətliliyində mühüm rol oynadığına inanılır (məsələn, Thuneberg, 1982 Suzuki, 2000 Hirst and Ward, 2003 Takaki, 2003). İndi bəzi qastroenteropatiyaların ICC-lərin pozulması ilə bağlı toplanan sübutlar var. Məsələn, göstərilmişdir ki, şəkərli diabetli xəstələrdə İCC-lərin sayı azalır, bu, tez-tez mədə-bağırsaq traktının hərəkətliliyinin pozulması ilə çətinləşir və nəticədə yeməkdən sonra qan-qlükoza konsentrasiyasına nəzarəti çətinləşdirir (Koch, 2001 Camilleri, 2002).

Kardiostimulyator potensialı mədə-bağırsaq traktında spontan mexaniki fəaliyyətin əsasını təşkil edir. Ca 2+-dan asılı plazmalemmal ion kanallarının ICC-lərdə vaxtaşırı aktivləşdirildiyini bildirən bir neçə tədqiqat var (Tokutomi və s., 1995 Huizinga et al., 2002 Walker et al., 2002). Beləliklə, belə nəticəyə gəlmək olar ki, hüceyrədaxili (sitozolik) Ca 2+ konsentrasiyasının salınımları ([Ca 2+ ]i) bu hüceyrələrdə kardiostimulyator potensialını yaradan əsas mexanizmdir. Həqiqətən, biz əvvəllər spontan elektrik fəaliyyətinin [Ca 2+] ilə sinxron şəkildə baş verdiyini nümayiş etdirdik.i c-Kit-immunopozitiv-hüceyrə ilə zəngin bölgələrdə salınımlar (Torihashi et al., 2002).

Mədə-bağırsaq traktının çoxsaylı bölgələrində spontan mexaniki və elektrik fəaliyyətlərinin yüksək temperaturdan asılı olduğu və metabolik inhibitorlara həssas olduğu geniş şəkildə göstərilmişdir (məsələn, Tomita, 1981 Conner et al., 1974 Nakayama et al., 1997). Əgər kardiostimulyator [Ca 2+ ]i ICC-lərdə salınımlar enerji səviyyəsi ilə əlaqəli siqnalları əhatə edən və/və ya təsir edən mexanizmlər vasitəsilə yaranır, belə mexanizmlər bağırsağın bu xarakterik spontan ritmikliyinə cavabdeh ola bilər.

Mədə-bağırsaq traktının əzələ təbəqələrindən biz bu yaxınlarda mədə-bağırsaq traktının hərəkətliliyini araşdırmaq üçün vacib minimum hüceyrə üzvlərini ehtiva edən mədəni hüceyrə klaster preparatını hazırlamışıq: hamar əzələ, bağırsaq neyronları və İCC-lər (c-Kit-immunopozitiv interstisial hüceyrələr). Bu hazırlıq spontan daralmaları göstərir və toxuma səviyyəli təcrübələrdə görülən bir neçə xarakterik xüsusiyyətləri qoruyur (Nakayama və Torihashi, 2002 Torihashi et al., 2002). Güman edilir ki, bağırsaq kardiostimulyatorunun fəaliyyəti ilə enerji mübadiləsi arasında əlaqə K.ATP kanallar və sulfonilüre reseptorları (SUR). Bu araşdırmada biz K.-nin təsirlərini araşdırdıqATP Kardiostimulyatorda kanal açıcılar [Ca 2+ ]i siçan ileumundan hüceyrə çoxluğu preparatlarından istifadə edərək, ICC-lərdə salınımlar və hamar əzələ daralması. Biz həmçinin RT-PCR və immunoqrama müayinələrimizi apardıq və SUR2-nin hamar əzələ hüceyrələrində baş verdiyini, təəccüblü şəkildə SUR1-in ICC-lərdə üstünlük təşkil etdiyini gördük. Müvafiq olaraq, biz kardiostimulyatorun modulyasiyasını müşahidə etdik [Ca 2+ ]i ICC-lərdə və hamar əzələlərdə bu fərqli SUR izoformlarını əks etdirən fəaliyyət və daralma. Tədqiqatlarımız qan qlükozasına nəzarət mexanizmləri, həmçinin mədə-bağırsaq hərəkətliliyi və metabolik xəstəliklər arasında əlaqə haqqında yeni bir fikir verə bilər.


Membran rezonansı

Neyronlarda eşikaltı membran potensialı salınımları çox vaxt membran rezonansı ilə əlaqələndirilir - müəyyən bir tezlikdə girişi gücləndirmək qabiliyyəti. Ümumiyyətlə, neyronlarda membran potensialı salınımları və membran rezonansları mexanizm baxımından oxşardır (Lampl və Yarom 1997 Moca et al. 2014 Tseng and Nadim 2010 Wu et al. 2001), bu, Ca birləşməsinin olduğunu göstərir.V1, CaV2.2 və CaCC-lər LTS interneyronlarında membran rezonansını hesablaya bilər.

Membran rezonansı üçün gərginliyə bağlı kalsium kanalları lazımdır.

Membran rezonansı gərginlik sıxacında cingiltili stimuldan istifadə etməklə ölçüldü (materiallara və üsullara baxın). Membran potensialının salınması kimi (şəkil 6A), membran rezonansı gərginlikdən asılı idi (şək. 6B) və 400 μM kadmium tərəfindən bloklandı (Şəkil 6C). Rezonans sabit amplitudalı gərginlik əmri zamanı hüceyrənin yaratdığı cərəyanın amplitüdünün tezlikdən asılı azalması kimi ölçülür. Rezonansa təsirindən əlavə, kadmium membran potensialını −30 mV-də saxlamaq üçün lazım olan tutma cərəyanını artırdı (TTX-də 9,0 ± 5,4 pA-dan kadmiumda 41,2 ± 6,2 pA-ya qədər t = -5,62, df = 8, P < 0,001 Şəkil 6D). Bu, cari sıxacda kadmiumun yaratdığı mənfi membran potensialının dəyişməsini əks etdirir (Şəkil 2.).D). Giriş müqaviməti (gərginlik pilləsindən ölçülür) Şəkil 6-da göstərildiyi kimi kadmiumun tətbiqi ilə dəyişməyib (TTX = 217 ± 58 MΩ və Cd 2+ = 215 ± 24 MΩ).E, sıfır tezlikli empedans.

Şəkil 6.LTS interneurons membran rezonansı kalsium cərəyanları tələb edir. Membran potensialının salınımının gərginliyə həssaslığının müqayisəsi (A) membran rezonansı ilə (B). Empedans əyriləri hər bir saxlama potensialında ölçülən giriş müqaviməti ilə normallaşdırılan nisbi empedansı göstərir. C: 400 μM kadmiumun tətbiqindən əvvəl və sonra göstərilən cingilti protokoluna membran reaksiyasının nümunəsi. D: membran potensialını −30 mV-də saxlamaq üçün saxlama cərəyanı kadmium tətbiqindən sonra əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır. E: nümunə məlumatları gərginliyə bağlı kalsium kanalları bloklandıqda empedans əyrilərindəki dəyişikliyi təsvir edir. 0-tezlik empedansı giriş müqavimətini göstərir. F: membran cavab mərhələsi kadmium tətbiqindən sonra müsbət faza sürüşməsini itirdi. Səhv çubuqları SE-dir ***P < 0,005.

Kadmium membran rezonansını tamamilə blokladı. Kadmiumun tətbiqindən əvvəl və sonra nümunə üçün orta membran empedansı əyriləri Şəkil 6-da göstərilmişdir.E. Qarışıq dizaynlı ANOVA (F = 11.8, df = 1, 17, P < 0,005).

membran cavab mərhələsində dəyişikliklər rezonans (Şəkil. 6) ləğvi ilə uyğun idi.F). Rezonanslar rezonans tezliyindən aşağı olan müsbət fazalarla (cərəyanı aparan gərginlik) əlaqələndirilir və bunlar kadmium tətbiq edildikdən sonra itirilir.

Membran rezonansında xüsusi gərginlikli kalsium kanallarının rolu.

Membran potensialının salınması kimi, rezonansa Ca blokadası təsir etməmişdirV100 nM ω-agatoksin ilə 2.1 cərəyanlar (şək. 7)A1). Eynilə, saxlama cərəyanında heç bir dəyişiklik olmadı (TTX = 34,2 ± 5,1, ω-agatoksin = 39,6 ± 5,4 Şəkil 7A2) və ya giriş müqavimətləri (TTX = 166 ± 24 MΩ, ω-agatoxin = 172 ± 28 MΩ Şək. 7A1, 0-tezlik empedansı). Eyni şəkildə, giriş tezliyinə görə membran reaksiyasının fazası ω-agatoksin tətbiqindən təsirlənməmişdir (Şəkil 7).A2).

Şəkil 7.Membran rezonansı üçün P/Q tipli cərəyanlar deyil, L-tipli cərəyanlar lazımdır. A1: nümunə empedans əyriləri və giriş müqaviməti P/Q tipli cərəyanların bloklanmasına təsir göstərmədi. 0-tezlik empedansı giriş müqavimətini göstərir. A2: membran reaksiyasının fazasına ω-agatoksin də təsir etməmişdir daxil: saxlama cərəyanı (H. Cari) ω-agatoksin (A) tətbiqi ilə dəyişdirilməmişdir. T, TTX. B1: əksinə, 5 μM isradipinin tətbiqi bütün tezliklərdə empedansı əhəmiyyətli dərəcədə azaltdı, lakin giriş müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişmədi. B2: isradipinin tətbiqindən sonra membran reaksiyasında müsbət faza sürüşməsi azaldı daxil: isradipin (I) tələb olunan saxlama cərəyanını əhəmiyyətli dərəcədə artırdı. Səhv çubuqları SE-dir *P < 0,05.

CaV5 μM isradipin ilə 1 antaqonizm membran rezonansının bloklanmasında təsirli olmuşdur (Şəkil 7).B1). İsradipin yavaş hərəkət etdiyinə görə, isradipinin tətbiqindən əvvəl və tətbiqi zamanı ayrı-ayrı hüceyrələrdən alınan məlumatları müqayisə etmədik, bunun əvəzinə dilimlər təcrübə boyu isradipində inkubasiya edildi və ayrı-ayrı hüceyrə qrupları nəzarət və dərman müalicəsi üçün istifadə edildi. İsradipin, isradipinin tətbiqindən sonra neyronları -30 mV-də saxlamaq üçün lazım olan cərəyanı əhəmiyyətli dərəcədə artırdı (TTX = 28,5 ± 7,0 pA, isradipin = 53,5 ± 6,9 pA, t = -2,28, df = 7, P < 0,05, qoşalaşdırılmamış t-test). İsradipində saxlama cərəyanı kadmiumda müşahidə olunan cərəyanla oxşar idi (şək. 7 ilə müqayisə edin.B2 6 iləCmüvafiq olaraq). Şəkil 7-də göstərildiyi kimi, sabit vəziyyətdə olan giriş müqavimətində (TTX = 196 ± 21 MΩ, isradipin = 171 ± 14 MΩ) əhəmiyyətli dəyişiklik baş vermədi.B1, sıfır tezlikli empedans.

İsradipin LTS interneyronlarında ölçülən empedansı əhəmiyyətli dərəcədə azaldıb (F = 4.14, df = 1, 37, P < 0,05 Şəkil 7B1). Ca-nın antaqonizmiv1 kanal da 1 və 5 Hz (F = 3.07, df = 9, 342, P < 0,005), lakin qalıq membran rezonansı davam etdi (F = 4,16, df = 9, 342, P < 0,05). Ca təsirivMembran reaksiyasının fazasında 1 kanal antaqonizmi Şəkil 7-də görünürB2. Aşağı tezliklərdə membran reaksiyasında müsbət faza sürüşməsi, membran rezonans ölçüsünün azalmasına uyğun olaraq, isradipinin tətbiqindən sonra əhəmiyyətli dərəcədə azaldı.

Ca blokadasıV2.2 də neyronların membran rezonansını çox dəyişdi. 1 μM ω-konotoksin GVIA tətbiqi membran rezonansını ləğv etdi (F = 3.93, df = 8, 162, P < 0,005 Şəkil 8A1). Empedans aşağı tezliklərdə artırıldı, o cümlədən sabit vəziyyətin giriş müqavimətində 206 ± 29-dan 313 ± 59 MΩ-a qədər əhəmiyyətli artım (t = -2.67, df = 8, P < 0,05 Şəkil 8A1, 0-tezlik empedansı). İsradipindən fərqli olaraq, ω-konotoksin GVIA bu gərginliklərdə tələb olunan saxlama cərəyanını dəyişməmişdir (şək. 8).A2). Membran rezonansına təsirinə uyğun olaraq, ω-konotoksin GVIA aşağı tezliklərdə empedansın fazasını aparıcıdan geriyə keçirdi (şək. 8).A2).

Şəkil 8.Membran rezonansı üçün N-tipli kalsium cərəyanları və kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları lazımdır. A1: nümunə empedansı əyrisi 1 μM ω-konotoksin GVIA tətbiqindən sonra membran rezonansının blokadasını göstərir. Giriş müqaviməti (0-tezlik empedansı) əhəmiyyətli dərəcədə artdı. A2: ω-conotoksin GVIA tətbiqindən sonra membran reaksiyasında faza irəliləyişinin qarşısı alındı daxil: saxlama cərəyanı N tipli kalsium cərəyanlarını blokladıqdan sonra dəyişməyib (C). B1: CaCC-lərin 100 μM niflumik turşusu ilə bloklanması membran rezonansının ifadəsinin qarşısını aldı, empedans profilindəki zirvəni azaltdı. Niflumik turşunun tətbiqindən sonra giriş müqaviməti (0-tezlik empedansı) dəyişməyib. B1: niflumic turşusu membran reaksiyasında faza irəliləyişinin qarşısını aldı daxil: saxlama cərəyanı niflumik turşunun (N) tətbiqindən sonra əhəmiyyətli dərəcədə dəyişmədi. Səhv çubuqları SE-dir.

Həm isradipin, həm də ω-konotoksin GVIA membran rezonansını inhibə etdi, lakin bunu müxtəlif yollarla etdi. İsradipinin membran rezonansına və saxlama cərəyanına təsiri kadmiumun təsirinə bənzəyirdi. İsradipin və kadmium giriş müqavimətini təsirsiz qoyarkən geniş tezlik diapazonunda empedansı azaldaraq rezonansı blokladılar. Bunun əksinə olaraq, ω-conotoksin GVIA aşağı tezliklərdə empedansı və TTX-də pik empedans ölçmələrinə yaxın səviyyələrə giriş müqavimətini artırdı.

Membran rezonansı üçün CaCCs lazımdır.

100 μM NFA ilə CaCC-lərin blokadası membran rezonansını ləğv etdi (şək. 8).B1). Saxlama cərəyanında əhəmiyyətli dəyişiklik olmadı (şək. 8).B2) və ya giriş müqaviməti (şək. 8B1, 0-tezlik empedansı). Empedans əyrilərində dəyişiklik kadmium və ya isradipinin tətbiqinin təsirinə bənzəyir. CaCC-ləri blokladıqdan sonra membran rezonansı əhəmiyyətli dərəcədə azaldı (F = 4.42, df = 13, 208, P < 0,005), baxmayaraq ki, empedans əyrisində hələ də kiçik bir zirvə var idi (F = 8,05, df = 13, 208, P < 0,01). Membran reaksiyasının fazası NFA tətbiqindən sonra rezonans tezliyindən aşağı faza irəliləyişindən faza irəliləməsinə qədər dəyişdi (Şəkil 8).B2).


Xülasə: Gərginlikdən asılı ion kanalları tərəfindən yaradılan membran osilatoru ilə hüceyrədaxili kalsium siqnal osilatoru arasında qarşılıqlı əlaqə sarkoplazmatik retikulumun təsvirlərindən istifadə edərək ən erkən modellərdə (1984-1985) mövcud idi. Kalsiumun salınan sərbəst buraxılması kalsiumun yaratdığı kalsiumun sərbəst buraxılması prosesinə xasdır. Həmin tarixi nəticələr bu araşdırma seriyasındakı məqalələrdə təklif olunan sintezi tam dəstəkləyir. Osilator mexanizmləri ilk növbədə bir-birlərini cəlb etdikləri hər biri ilə rəqabət aparmırlar. Bununla belə, bəzi asimmetriya var: membran osilatoru kalsium osilatoru olmadıqda qeyri-müəyyən müddətə davam edə bilər. Bunun əksi yalnız patoloji şəraitdə doğru görünür. Toxuma səviyyəsində işdən və ürəyin inkişafı ilə bağlı araşdırmalar da ürək kardiostimulyatorunun inteqrativ fəaliyyətinə dair dəyərli fikirlər verir.

Noble 1 ilə başlayan ürək ritminin ən erkən modelləri səth membranının ion kanalları arasındakı qarşılıqlı təsirlərlə məhdudlaşırdı. Həyəcan-daralma birləşməsində iştirak edən hüceyrədaxili kalsium siqnal sistemini özündə birləşdirən ilk ürək hüceyrə modeli DiFrancesco və Noble idi. 2 Bu model qoyunların Purkinje lifləri üçün hazırlanmışdır və fəaliyyət potensialı zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanının böyük rolunu proqnozlaşdıran ilk model olmuşdur. Əslində o, əvvəllər kalsium kanalı cərəyanına aid edilən daxili cərəyanın daha yavaş komponentlərinin dəyişdirici əvəzinə aid olduğunu müəyyən etdi. Bu modeldəki kardiostimulyatorun fəaliyyəti demək olar ki, tamamilə qeyri-spesifik kation cərəyanının yavaş başlaması ilə əlaqələndirilirdi.f, hiperpolyarizasiya ilə aktivləşdirilir. Mübadilə cərəyanının bu halda kardiostimulyatorun ritmində hər hansı rol oynayacağı proqnozlaşdırılmırdı.

Bununla belə, DiFrancesco-Noble Purkinje lif modeli, dovşan sinoatrial node (SAN) hüceyrələrində müşahidə olunanlara bənzər gərginlik dalğa formalarını çoxaldan ilk riyazi modeli yaratmaq üçün demək olar ki, dərhal hazırlanmışdır. 3 O, həmçinin dovşan atrial hüceyrələrinin ilk modellərini yaratmaq üçün daha sonra işlənib hazırlanmışdır. 4,5 Hüceyrədaxili kalsium siqnal mexanizmləri üçün 1980-ci illərin modelləri Fabiatonun kalsiumun yaratdığı kalsiumun sərbəst buraxılması üzrə işinə əsaslanırdı. 6

SAN modelinin eksperimental əsası, fəaliyyət potensialı zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı üçün proqnozlaşdırılanlara bənzər daxili cərəyanın çox yavaş komponentlərinin mövcudluğunu aşkar edən Brown və digərlərinin işi idi, 7,8. Əslində, modelləşdirmə bu eksperimental qeydlərin gərginlikli sıxac artefaktları olmadığına əminlik verdi.

Həmin eksperimental işdə əməkdaşlardan biri olan Junko Kimura, daha sonra yüksək nəzarət edilən şəraitdə natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanının gərginlik və ion konsentrasiyasından asılılığını ölçmək üçün Akinori Noma ilə əməkdaşlıq etdi. 9,10 Nəticələr modellərdə istifadə edilən tənliklərlə əlamətdar uyğunluq təşkil edirdi. Ürəkdə kalsium siqnalı və natrium/kalsium mübadiləsi modellərinin bütün sonrakı inkişafının 1980-ci illərin modellərindən qaynaqlandığı görülə bilər.

Dovşan SAN ilə bağlı eksperimental nəticələr arasında mövcud mübahisələrə aid 2 mühüm tapıntı var idi. Birincisi, gərginlik sıxacının depolarizasiyası zamanı daxili cərəyanları araşdırarkən tez-tez 2 aydın komponent müşahidə olunurdu. Modelləşdirmə işinə əsaslanaraq, bunlardan birincisi L tipli kalsium cərəyanının aktivləşdirilməsinə aid edilmişdir. Isi erkən işdə), halbuki ikinci, daha yavaş olan komponent, fəaliyyət potensialının başlanğıcından sonra kalsiumun sərbəst buraxılması zamanı natrium/kalsium mübadiləsinin aktivləşməsinə aid edilmişdir.

Kompüter modeli bu 2 komponenti düzgün şəkildə təkrar etdi (Brown və digərləri 8-də Şəkil 9-a baxın). Bu orijinal hesablamalar OXSOFT HEART istifadə edərək aparılmışdır. Biz ictimaiyyətə açıq olan COR proqram təminatından (www.cor.physiol.ox.ac.uk) və CellML model deposundan (www.cellml.org) endirilmiş modelin CellML kodlaşdırılmış versiyasından istifadə edərək bu məqalə üçün hesablamaları təkrarladıq. Nəticələr Şəkil 1-də göstərilmişdir. Onlar orijinal rəqəmə çox bənzəyirlər, lakin onların ayrı-ayrı töhfələrini aşkar etməklə onu genişləndirirlər. ICaLINaCa. Sonrakı eksperimental iş 11 fəaliyyət potensialı zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı ilə bağlı modellərin proqnozlarını tam təsdiqlədi.

Şəkil 1. DiFrancesco-Noble (1985) modelində natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanları. 2 Yuxarı (A), Kimura et al 1987-ci ildə qvineya donuzunun mədəcik hüceyrələrindən istifadə edərək əldə etdiyi eksperimental nəticələr. 10 Hüceyrədənkənar natrium ionlarının müxtəlif konsentrasiyalarında membran potensialının funksiyası kimi daxili rejimdə cərəyan mübadiləsi (natrium axını və kalsium axınına uyğundur). Yuxarı (B), Modeldə natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı üçün istifadə edilən tənliklərdən hesablanmış uyğun əyrilər (qeyd edək ki, bu nəticələr eksperimentallardan əvvəl əldə edilmişdir). Aşağı, İon cərəyanlarının dəyişmələri (IK, ICa, f [İndi ICaL], If, və INaCa) hesablanmış fəaliyyət və kardiostimulyator potensialları zamanı. Fəaliyyət potensialının platosu zamanı proqnozlaşdırılan əhəmiyyətli daxili mübadilə cərəyanına diqqət yetirin. Bu hesablama bu məqalə üçün COR istifadə edərək həyata keçirilmişdir və 1985-ci ildə nəşr olunan ilə tamamilə eynidir.

Fəaliyyət potensialına gəldikdə, bu modellərin performansını təyin etdikdən sonra, indi kardiostimulyatorun depolarizasiyasına müraciət edirik. Bu, kritik sualdır. Gərginlik sıxacının depolarizasiyası zamanı hüceyrədaxili kalsium keçidinin vaxtını əks etdirən natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanı daima kalsium kanalı cərəyanının başlaması və inaktivləşməsini izlədi. Əksinə, bu zaman əlaqəsi kardiostimulyatorun depolarizasiyası zamanı tez-tez tərsinə çevrilirdi. Şəkil 2 1984-cü il işində bunu aşkar etmək üçün istifadə edilən eksperimental protokolu göstərir. Təbii kardiostimulyatorun depolarizasiyası müxtəlif vaxtlarda sıxacın başlanğıcı zamanı əldə edilən gərginliyi sıxaraq kəsildi. Əgər bu vaxt kifayət qədər gec idisə (təxminən, kardiostimulyatorun depolarizasiyasının son üçdə biri ərzində), vaxt kursu standart gərginlik sıxacının depolarizasiyası zamanı qeydə alınan yavaş komponentə bənzəyən yavaş daxili cərəyan qeydə alındı. Bununla belə, kalsium cərəyanının görünən əvvəlki aktivasiyası yox idi. Bu, Lakatta və digərləri tərəfindən müşahidə edildiyi kimi, sinus düyününün kardiostimulyator fəaliyyəti zamanı kalsiumun sərbəst buraxılmasının kalsium cərəyanının aktivləşdirilməsindən əvvəl ola biləcəyi ehtimalını göstərmək üçün şərh edilmişdir. 12 Şəkil 2-də COR-dan və 1984-cü il SAN modeli üçün endirilmiş CellML faylından istifadə edərək bu fenomenin yeni hesablamaları göstərilir.

Şəkil 2. ICaL-in aktivləşdirilməsindən əvvəl kalsiumun sərbəst buraxılması. Yuxarı sol, Brown et al tərəfindən dovşan sinoatrial node üzərində edilən eksperimental qeydlərdən biri (məqalədə Şəkil 9, -44 mV-də 8 iz). Membran potensialının fəaliyyət potensialı zamanı və sonrakı kardiostimulyator depolarizasiyasının çoxunda kortəbii dəyişməsinə icazə verildi. Bu depolarizasiyanın sonuna yaxın, lakin açıq şəkildə fəaliyyət potensialının yüksəlməsindən əvvəl, membran potensialı əldə edilən potensialda sıxışdırıldı.Yavaş keçici daxilə doğru cərəyan qeydə alınıb, onun başlanğıcı L tipli kalsium cərəyanından xeyli yavaşdır. Onun zirvəsinə çatması üçün ≈100 ms lazımdır. Aşağı sol, DiFrancesco-Noble modelindən hazırlanmış SAN modelindən istifadə edərək bu nəticələrin 1984-cü ildəki simulyasiyasını təkrarlamaq üçün istifadə edilən gərginlik protokolu. Şaquli miqyas millivoltdadır. Üfüqi miqyas saniyələrdədir. Yuxarı sağ, Qısqac potensialının üç səviyyəsinə uyğun gələn hesablanmış xalis ion cərəyanları aşağı sol protokol. Kardiostimulyatorun depolarizasiyasının ortasına sıxışdırma, sadəcə olaraq, kardiostimulyatorun çürüməsinə uyğun gələn xalis daxili cərəyanın hamar inkişafını yaradır. IK və başlanğıcı If. Orta əyri (dayandırılmış) eksperimental izdəkinə bənzər yavaş keçici daxili cərəyan yaradır. (yuxarı sol). The nöqtəli əyri L-tipli kalsium cərəyanı aktivləşməyə başlayanda ikiqat pik yaradır. Şaquli miqyas saniyələrlə nA horizontal miqyasdadır. Aşağı sağ, Üç gərginlik protokolu zamanı natrium/kalsium mübadiləsi cərəyanında hesablanmış dəyişikliklər.

Buna görə də, Lakatta fərziyyəsinin mahiyyəti ürək hüceyrələrində kalsium siqnalının ən erkən simulyasiyalarında mövcud idi.

Brown və digərləri niyə kardiostimulyatorun depolarizasiyasını bu mexanizmlə əlaqələndirmədilər? Əsas səbəb o idi ki, bu cür yavaş daxili ion cərəyanları təcrübələrdə tez-tez qeydə alınsa da, demək olar ki, həmişə 1 və ya 2 rəqsdən sonra söndü. Buna görə də kalsium siqnal osilatorunun saxlanması gərginlikdən asılı olan ion cərəyanı osilatorundan müstəqil deyildi.

Cədvəl 2. Qeyri-standart İxtisarlar və Akronimlər

Fərqli osilatorlar necə qarşılıqlı təsir göstərir?

Müxtəlif ion cərəyanlarının töhfəsini araşdırmaq üçün biz CellML anbarında mövcud olan SAN hüceyrələrinin 6 riyazi modelinin simulyasiya nəticələrini müqayisə etdik: Demir et al, 12a Dokos et al, 12b Kurata et al, 12c Maltsev and Lakatta, 12d Noble və Noble, 12e və Zhang et al. 12f Rəqəmlərin aydın olması üçün biz rəqəmlərdə yalnız ən son 4 modelin nəticələrini göstəririk, lakin mətnə ​​bütün modellərin nəticələrini daxil edirik.

Şəkil 3 membran potensialını, hüceyrədaxili kalsium konsentrasiyasını və modellərin ortaq olduğu daxili cərəyanları göstərir: Ca 2+ L tipli cərəyan (ICaL), Na + /Ca 2+ dəyişdirici (INaCa), gülməli cərəyan (If) və fon natrium cərəyanı (IbNa).

Şəkil 3. Modellərin, salınımların və əsas cərəyanların icmalı. Qeyd edək ki If(aşağı qrafiklərdə möhkəm xətt) həmişə daxili cərəyanların ən kiçikidir (ICaL, INaCa, IbNa, və If).

The ICaL bütün modellərdə cərəyanların ən böyük amplitudasını və maksimumunu göstərir INaCa cərəyan daha böyükdür IfIbNa, modelin sadələşdirilməsi üçün sabit hüceyrədaxili kalsium konsentrasiyası olan Zhang modelindən başqa. If daha kiçik bütün modellərdə var IbNa.

İndi müxtəlif cərəyanları bir-bir blokladığımız zaman (Şəkil 4-ə baxın), SAN hüceyrə modellərində membran potensialı (və kalsium) salınımları ilə nə baş verir? Bütün modellər (Demir, Zhang, Maltsev, Dokos, Noble, Kurata) ICaL: bu kalsium cərəyanının aktivləşdirilməsi olmadan SAN salınımları baş vermir. Modellər eksperimental müşahidəyə uyğundur ki, kalsium qəbul edilmədən və ya sarkoplazmatik retikulumdan (SR) sərbəst buraxılmadan salınımlar dayanmır (və fon natrium cərəyanının 2% artması Maltsev modelində itkin vuruşlara səbəb olmur). Bundan əlavə, tam blok If modellərin heç birində salınımları dayandırmır.

Şəkil 4. Bir və ya bir neçə model cərəyanı t=2 saniyədə tam bloklandıqda gərginlik izləri. Satırlar blokunu bildirir ICaLICaT, of INaCa, fon cərəyanlarının (aşağıya bax), of If, və Iyuxarı. SERCA blokunda Maltsev modelində itkin vuruşlar yox olduqda IbNa 2% artırılır. Müvafiq modellərdə bloklanmış "fon cərəyanları": Maltsev (IbCaIbNa), Kurata (IbNaIstNa), Zhang (IbCaIbNa), Dokos (IbNaINa).

Beləliklə, yalnız ICaL salınımlar üçün lazımdır? Modellərdəki salınımlara əslində nə səbəb olur? Bütün modellərdə bir sıra fon və ya davamlı daxili cərəyanlar mövcuddur (IbNa, IbCa, Ist) və onları sıfıra təyin etmək 4 modeldə (Kurata, Maltsev, Noble, Demir) rəqsləri ləğv edir və ya azaldır, bu o deməkdir ki, fon cərəyanları əvvəlkindən daha vacib ola bilər. If və hüceyrədaxili Ca 2+ velosiped? Aydındır ki, biz burada heç bir daxili dinamik xüsusiyyət göstərməyən ion cərəyanlarının (“fon” cərəyanının tərifidir) və ya hələ tam xarakterizə edilməmiş cərəyanların (məsələn, Ist) mühüm kəmiyyət rolunu oynayır. Ist ilk dəfə Guo və digərləri (1995) tərəfindən depolarizasiya fazası zamanı aktiv olan davamlı Na+ daxilə cərəyan kimi səciyyələndirilmişdir, lakin xüsusi blokatorun olmaması səbəbindən bütün SAN hüceyrələrində bu cərəyanın əhəmiyyətini araşdırmaq qeyri-mümkün olmuşdur. .

aradan qaldırılması INaCa salınımları da ləğv edir (sabit ion konsentrasiyası olan Zhang modeli istisna olmaqla, bütün modellərdə). INaCa çox vaxt hüceyrədən Ca 2+ çıxaran daxilə doğru cərəyandır (bax Şəkil 4). Əlavə olaraq SR Ca 2+ konsentrasiyasını blokunu sabitləşdirmək üçün təyin edərkən INaCa yalnız tezliyi dəyişir, lakin salınımları tamamilə ləğv etmir. Buna görə də, tam ilə nəticələnən Ca 2+ həddindən artıq yüklənməsidir INaCa salınımların dayandırılmasına səbəb olan blok. SAN hüceyrələrində Ca 2+-nı hüceyrədən çıxarmaq üçün (Ca 2+ həddindən artıq yüklənməsinin qarşısını alan) başqa nasoslar və dəyişdiricilər də olduğundan, riyazi modellərdə yoxdur, tam blokun olub-olmadığı aydın deyil. INaCa real hüceyrələrdəki rəqsləri ləğv edərdi.

İon cərəyanlarının və nasosların bloku ilə bağlı SAN dövrünün həssaslıq təhlili modelin sabit vəziyyətində (dəyişiklikdən 300 saniyə sonra) aparılmışdır. Cədvəl göstərir ki, modellər ardıcıl olaraq 0,7 ilə 1,87%, 0,77 ilə 4,82%, 0,14 ilə 0,83% və 0,83 ilə 1,34% arasında 10% blokla artım göstərir. ICaT, IbNa, İf, və Ist, müvafiq olaraq. Hüceyrədaxili kalsium sistemi ilə əlaqəli cərəyanlar və nasoslar müxtəlif modellər (blok bloku) üçün olduqca müxtəlif nəticələr göstərir. ICaL, INaCa, və Iyuxarı Dəmirdə dövrün azalmasına və Maltsevdə artıma səbəb oldu). Güman edirik ki, bu ardıcıllığın olmaması modellərdə kalsiumla işləmə fərqləri ilə bağlıdır.

Cədvəl 1. SAN Dövrünün Həssaslıq Təhlili

Ümumiyyətlə, ən böyük həssaslıqlar üçün müşahidə edilə bilər IbNa/Ist və ikinci gəlir ICaT (üçün uyğun olmayan dəyərlərə məhəl qoymadan ICaL). Maltsev modeli istisna təşkil edir Iyuxarı dövrdə ən böyük dəyişikliyə səbəb olur (ardınca IbNaICaT).

Bifurkasiya təhlili modellərin dinamik davranışı haqqında əlavə məlumat verə bilər, lakin bu məqalənin əhatə dairəsi xaricində olacaqdır. Onu da nəzərə alın ki, bütün təfərrüatlı nəticələr ehtiyatla şərh edilməlidir, çünki modellər bu cür araşdırmalar üçün uyğunlaşdırılmayıb və qurulmayıb, yəni təhlil modellərin proqnozlaşdırılan diapazonundan kənarda ola bilər.

Modellər SAN hüceyrələrində salınımlara gətirib çıxaran və saxlayan razılaşdırılmış fəaliyyətin 3 mühüm xüsusiyyətini təklif edəcək: daxili cərəyanlar vasitəsilə yavaş depolarizasiya mərhələsi (If, Ist, [IbNa]), daxili kalsium cərəyanlarının aktivləşdirilməsi (ICaL, ICaT), kalsiumun ekstruziyası (INaCa, IpCa?). SR-nin buraxılmasının əhəmiyyəti, Maltsev və Lakatta, 12d tərəfindən göstərildiyi kimi tezliklər üzrə salınımların sabitləşdirilməsində ola bilər, lakin məqalələrində onlar həmçinin göstərirlər ki, SR buraxılışı əslində salınımları idarə etmir (öz məqalələrində Şəkil 5C-ə baxın).

Toxuma Tədqiqatlarından və Ürəyin İnkişafından Anlayışlar

İndiyə qədər şərh etdiyimiz tədqiqatlar ion kanalları səviyyəsində və onların fəaliyyətinin tək hüceyrələr səviyyəsində inteqrasiyasına yönəlmişdir. Bu məsələyə edilən digər töhfələr toxuma səviyyəsində müzakirələrə, xüsusən də gərginliyə və ya kalsiuma həssas göstəricilərlə təsvirin istifadəsinə 13 və ürək stimulyatorunun toxumalarının inkişafının öyrənilməsindən əldə edilən fikirlərə dəyərli töhfələr verir. 14

Bu tədqiqatlar göstərir ki, kardiostimulyator fəaliyyətinin inteqrativ fiziologiyası hüceyrə fəaliyyətinin təhlili ilə bitmir. Əslində, ilk elektrofizioloji xəritəçəkmə işindən bəri sinus düyününün sinxron olaraq döyülən bir neçə min hüceyrədən daha çox funksiyanı yerinə yetirdiyi aydın olmuşdur. Dəqiq fizioloji şəraitdən asılı olaraq, kardiostimulyator fəaliyyətinin görünən mənşəyi düyünün bir bölgəsindən digərinə keçə bilər. 15-17 Biz “görünən mənşəyə” istinad edirik, çünki depolarizasiyaya aparan sahənin nə baş verdiyini unikal şəkildə müəyyən etdiyini güman etmək həddindən artıq sadələşdirmə olardı (həmçinin başqa yerə 18-ə baxın). Elektrik cərəyanı müxtəlif potensialda olan hər hansı iki əlaqəli hüceyrə arasında axır və bu cərəyan aparıcı hüceyrələrə təsir göstərməlidir (onları yavaşlatmaqla) onlar izləyici hüceyrələrə təsir etdiyi qədər (onları sürətləndirməklə). Paralel kompüterlərdən istifadə edərək sinus düyünlərində hüceyrə-hüceyrə qarşılıqlı əlaqəsinin ən erkən hesablamaları göstərdi ki, hətta çox aşağı əlaqə (hər bir hüceyrə arasında bir neçə konneksin kanalı) belə hüceyrələri mahiyyətcə fərqli ritmlərlə sinxronlaşdıra bilər. 19-21 Bu hesablamalar həmçinin aşkar etdi ki, düyünün periferiyasında yerləşən və buna görə də təcrid olunmuş düyündə depolarizasiyaya “rəhbərlik edəcək” daxili sürətli ritmə malik olan hüceyrələr düyün atriuma qoşulduqda izləyici hüceyrələrə çevrilirlər. . Boyett və həmkarları eksperimental və hesablama yolu ilə göstərdilər ki, sinus düyününün təcrid edilməsi, aparıcı hüceyrələrin mərkəzdən periferiyaya keçməsi ilə yayılma istiqamətini dəyişdirir və Boyett və həmkarlarının daha yeni işi düyünün arxitekturasının ona necə təsir etdiyini daha da vurğulamışdır. funksiyası. 23 Anatomiya və fiziologiya mütləq toxuma səviyyəsində qarşılıqlı əlaqədədir. Efimov və Federov arasında Conq və Lin arasında mübahisədən dəyərli fikirlər toplusu Sirkulyasiya Tədqiqatı Şəkil 13 impulsun mənşəyinin çoxmərkəzli olması və tək hüceyrələrin və bütöv düyünün dərmanlara və genetik dəyişikliklərə fərqli reaksiya verməsidir.

Toxuma səviyyəsində iş membranın və kalsiumun yaratdığı salınımların nisbi rollarına işıq salırmı? Bu, Efimov və Federov arasında Conq və Lin arasında mübahisənin mərkəzi nöqtəsidir. Prinsipcə, çoxlu dalğa formasını axtarmaq üçün gərginliyə həssas markerlərdən istifadə mühüm töhfə verə bilər. Və həqiqətən də, gərginliyə həssas boyalar mikroelektrod qeydlərindən fərqli nəticələr verir. Efimov və Federov bunu boyaların müxtəlif tipli hüceyrə və toxumaları əhatə edə bilən geniş bir bölgədən qeyd etməsi və buna görə də mütləq kompozit nəticələr verməsi ilə əlaqələndirirlər. Buna qarşı, Joung və Lin qeyd edirlər ki, konfokal kalsium görüntüləməsi bəzən xüsusilə izoproterenolun iştirakı ilə kardiostimulyatorun depolarizasiyasının sonuna doğru gərginlik dəyişikliklərinə səbəb olan kalsium dəyişikliklərini göstərə bilər. Belə bir mürəkkəb qarşılıqlı əlaqəni ayırd etmək çətin olacaq. Gələcək işin “ayrı-ayrı komponentlərin rolunu tədqiq etmək üçün riyazi modelləşdiricilər və eksperimentatorlar arasında sıx əməkdaşlığı tələb edəcəyi” 13 qeydi ilə razıyıq, lakin əlavə edəcəyik ki, “təhlil” artıq təhlili qərəzli edir. Qeyri-xətti interaktiv sistemlərdə nisbi rolların müxtəlif komponentlərə aid edilməsi aldadıcı ola bilər. Əhəmiyyətli olan "inteqrativ" funksiyadır. Həmin tədqiqatda da qeyd edildiyi kimi, müxtəlif mexanizmlər sinerji ilə işləyir. Qeyri-xətti olduğundan, bu, mütləq fərdi komponentlərin kəmiyyət töhfələrinin atributunun fizioloji və patoloji kontekstdən asılı olduğunu bildirir. Bu kontekstdə genom və fenotip arasında məlumat axınının bir yol olmadığı faktı daxildir. Fenotip öz genlərinin statik məhsulu deyil (başqa yerdə nəzərdən keçirilir 24,25). Gen ifadəsini idarə etmək üçün fenotipdən aşağıya doğru əks əlaqə var. Bu nəzərdən keçirmə seriyasında yaxşı nümunələr mövcuddur, o cümlədən, xüsusilə, 2 vacib kardiostimulyator cərəyanının aşağı tənzimlənməsi, IfIKs, atriyal taxiaritmiya zamanı. Atriumdakı fəaliyyət buna görə də sinus düyünündəki gen ifadə profilini dəyişdirə bilər.

Gen ifadəsinin yenidən qurulması təbii olaraq bizi jurnalın bu diqqət mərkəzində olan buraxılışına digər əsas töhfəni nəzərdən keçirməyə məcbur edir, çünki Christoffels və başqalarının 14 göstərdiyi kimi, ürəyin inkişafı embrion yetkin bir insana çevrildiyi zaman gen ifadəsinin boğulmasından asılıdır. Erkən embrionun bütün ürək miyositləri kardiostimulyatorun ritmini göstərir. Yetkin formalara dəyişiklik, yetkin işləyən miokard hüceyrələrinin fərqlənməsini təmin etmək üçün inkişaf edən gen ifadə nümunələrinin repressiyası ilə baş verir. Nəticədə, yetkin kardiostimulyator hüceyrələri erkən embrionun hüceyrələrinə bənzəyir. Buna görə də iştirak edən transkripsiya repressorlarının müəyyən edilməsi mühüm məqsəddir. Christoffels və başqalarının göstərdiyi kimi, bu, sürətlə inkişaf edən bir sahədir və o, ürəyin embrion inkişafının molekulyar əsaslarını nəhayət biləcəyimizə dair vədi ehtiva edir. Bu anlayışlar böyüklərin funksiyasını başa düşməkdə də vacib olacaq, çünki gen ifadəsinin davamlı dövriyyəsi var. İon kanallarının dövriyyəsi zamanı ifadə səviyyələrindəki dəyişikliklər bu yaxınlarda Ponard və digərləri 18 tərəfindən miyosit mədəniyyətlərinin və kompüter modelləşdirməsinin birləşməsindən istifadə edərək ürək dərəcəsi dəyişkənliyində rol oynadığını göstərmişdir.

Nəticələr

Eksperimental məlumatlar və silisiumda modelləşdirmə işləri SAN həyəcanının multifaktorial sisteminin mürəkkəbliyini göstərir. -nin töhfəsi If və onun əczaçılıq hədəfi kimi əhəmiyyəti ivabradinin uğurlu inkişafı ilə sübut edilmişdir və bu araşdırma seriyasında DiFrancesco 26-nın nəzərdən keçirdiyi məqalədə daha ətraflı təsvir edilmişdir. Depolarizasiya mərhələsində əlavə cərəyanlar iştirak edir (Ist, mexanika həssas cərəyanlar 27 və başqaları) nisbi töhfələri hələ də müəyyən edilməməlidir.

Demək olar ki, açıq-aydın görünür ki, depolarizasiya mərhələsinin sonunda sürətli yüksəliş də aktivləşmə həddinin tənzimlənməsi ilə depolarizasiya tezliyinə böyük təsir göstərir. Bu araşdırma seriyasında Lakatta və digərlərinin 12 təqdim etdiyi sübutlar, həmçinin SR Ca 2+ buraxılmasının yuxarı insultun yaranmasına təsirini vurğulayır (bundan başqa ICaTICaL), gecikmiş postdepolyarizasiyalara həddindən artıq oxşarlıqlar göstərir.

Onsuz da ən erkən modelləşdirmə və eksperimental iş göstərdi ki, (cari tapıntılara uyğun olaraq) heç bir If nə də SR-dən özbaşına Ca 2+ sərbəst buraxılması kardiostimulyator fəaliyyətinə təkan vermir və ya ola bilər, burada həmişə razılaşdırılmış fəaliyyət lazımdır və müxtəlif ion kanalları arasında qarşılıqlı əlaqə var. Həmçinin, cAMP vasitəsilə ürək dərəcəsinin tənzimlənməsi çoxsaylı ion kanalları, nasoslar və dəyişdiricilərdən təsirlənir və onlara təsir edir, bununla da normal həyatda milyardlarla ürək döyüntüsünü saxlayan möhkəm və sabit, lakin yenə də çevik sistem yaradır.

Gələcək iş, çox güman ki, ürək dərəcəsinə təsir edən daha çox mexanizmləri kəşf edəcək ki, bu da müəyyən xəstəliklər və patologiyalarda hazırda məlum olan yollardan daha uyğun hədəflər ola bilər.

Orijinal alındı ​​12 fevral 2010-cu il düzəliş 27 aprel 2010-cu ildə qəbul edildi, 28 aprel 2010-cu ildə qəbul edildi.

Maliyyələşdirmə mənbələri

Müəlliflərin laboratoriyasındakı iş Avropa Birliyi (Framework 6, BioSim və Framework 7, VPH-PreDiCT) və Britaniya Ürək Fondu tərəfindən maliyyələşdirilir.


Videoya baxın: Kardioblog - EKG Kazuistika: Kardiostimulátor (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Tilman

    və mən ATP-ni götürəcəyəm

  2. Barre

    Düşüncəniz yalnız əladır

  3. Clust

    Bu yazı, müqayisəolunmazdır))), bəyəndim :)

  4. Voodoojind

    tamamilə uyğundur

  5. Yrjo

    Üzr istəyirəm, amma məncə, siz haqlı deyilsiniz. Mən əminəm. Gəlin bunu müzakirə edək. PM-ə yazın, əlaqə saxlayaq.



Mesaj yazmaq