معلومة

علاقة رياضية بين توصيل الغشاء وسرعة التوصيل؟

علاقة رياضية بين توصيل الغشاء وسرعة التوصيل؟



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.

بأي عامل سيحتاج المايلين لتقليل توصيل الغشاء (جم) إذا أردت أن تكون سرعة التوصيل في محاور ماوس 10 ميكرومتر أسرع 100 مرة من محور عصبي للفأر غير مخلوط بـ 10 ميكرومتر؟

هذا سؤال من مجموعة واجبات منزلية. أنا أفهم لماذا يقلل المايلين من توصيل الغشاء ، ولماذا يؤدي تقليل توصيل الغشاء إلى زيادة سرعة التوصيل. أنا فقط لا أفهم كيفية حساب العامل الذي يحتاجه المايلين على وجه التحديد لتقليل توصيل الغشاء بواسطته.


تتناسب سرعة التوصيل عكسيًا مع ثابت وقت الغشاء $ tau_m $ ويتناسب مع ثابت الطول $ lambda $. يتناسب ثابت وقت الغشاء مع مقاومة الغشاء (معكوس توصيل الغشاء) ، وثابت الطول يتناسب طرديًا مع الجذر التربيعي لمقاومة الغشاء.


كلية دبلن الجامعية والمستشفى الوطني لإعادة التأهيل ، كلية الهندسة الكهربائية والإلكترونية والميكانيكية ، دبلن ، أيرلندا

كلية دبلن الجامعية والمستشفى الوطني لإعادة التأهيل ، كلية الهندسة الكهربائية والإلكترونية والميكانيكية ، دبلن ، أيرلندا

الملخص

تُعرف السرعة التي ينتقل بها جهد الفعل (AP) ، أو النبضة الاستثارة ، على طول غشاء ألياف العضلات الهيكلية باسم سرعة التوصيل (CV). يمكن تقدير السيرة الذاتية للألياف العضلية من مخطط كهربية العضل (EMG) ويمكن استخدامها كمقياس حساس لاستثارة غشاء الألياف العضلية بالإضافة إلى ارتباطها بالنوع والقطر ومعدل التنشيط ودرجة الحرارة والحالة الفسيولوجية أو المرضية من ألياف العضلات. كثيرًا ما تُستخدم تقديرات سرعة التوصيل كمؤشر للإجهاد ، مع تطبيقات في بيئة العمل ، وعلم الحركة ، وإعادة التأهيل ، والتحفيز الكهربائي الوظيفي ، ومؤخراً كأداة تشخيصية. تتم مناقشة تقدير سرعة التوصيل في الصفحات التالية من نشأته إلى المشكلات المتعلقة بقياسه وقيمته السريرية والتشخيصية المحتملة.


I. مقدمة

هناك العديد من السيناريوهات الفسيولوجية التي تكون فيها التفاعلات الكهربائية بين الخلايا العضلية القلبية والخلايا غير العضلية مهمة. أولاً ، الخلايا الليفية أكثر عددًا من الخلايا العضلية في القلب وتحت حالات مرضية معينة ، يمكن أن تتكاثر محليًا وربما تقترن بالخلايا العضلية ، مما يؤثر على النشاط الكهربائي [1] & # x02013 [3]. ثانيًا ، يمثل وجود الأرومات الليفية في مناطق نقص التروية أو الندوب هدفًا محتملاً للعلاج بالخلايا لاستعادة التوصيل الكهربائي الطبيعي [4]. أخيرًا ، تم اقتراح استخدام الخلايا غير العضلية الذاتية مثل الخلايا الجذعية أو الخلايا الجذعية الوسيطة لاستعادة بنية القلب ووظيفته [5]. أشارت الدراسات الحديثة إلى أن نجاح هذا العلاج بالخلايا قد تأثر بجودة التفاعلات الكهربائية للخلايا العضلية غير العضلية [6]. نظرًا لأن النشاط الكهربائي في نوع خلية واحد يمكن أن يؤثر على سلوك الآخر ، فمن الأهمية بمكان فهم آلية التفاعلات المحتملة.

في حين أنها غير مثيرة ، فإن هذه الخلايا غير العضلية ليست سلبية. ومع ذلك ، عندما يكون ثابت الوقت لتنشيط الخلايا غير العضلية أكبر من وقت ارتفاع جهد الفعل ، فمن المتوقع أن تعمل الخلايا غير العضلية كحمل سلبي أثناء عملية إزالة الاستقطاب. نظرًا لأن النشاط الكهربائي لزوج الخلايا العضلية غير العضلية مدفوع بإمكانية عمل الخلية العضلية [1] ، فمن المتوقع أن يعتمد ثابت الوقت هذا أيضًا على مقاومة الاقتران. تصف هذه الورقة من حيث خصائص الاقتران وغير العضلية الظروف التي تعمل بموجبها الخلايا غير العضلية العامة كحمل سلبي. يتم استكشاف العواقب على سرعة التوصيل (CV) في نموذج الأنسجة الذي يشتمل على نماذج الخلايا الليفية التفصيلية الحديثة [7] ، [8] ، مما يعيد إنتاج إعداد تم فيه إثبات التأثير على السيرة الذاتية في المختبر [3]. تكشف عمليات المحاكاة عن نطاق موصلات الاقتران التي يكون فيها تقريب الحمل السلبي صحيحًا وتشرح كيف أن التغير في السيرة الذاتية مع الاقتران ليس دائمًا رتيبًا.


أصول الجهاز العصبي

الاتصالات الكهربائية Metazoan

danh / MyelinEvolution / images / EvoSpeed_Fig-3.jpg "/>
الشكل 3: سرعة التوصيل للألياف العصبية مقابل قطر الألياف. تشير الخطوط إلى العلاقات العامة على نطاق من الأقطار ، العديد منها مأخوذ من Bullock and Horridge (1965) ولكن تم تعديلها إلى درجة حرارة قياسية تبلغ 20 درجة مئوية باستخدام Q10 1.8 (Chapman and Pankhurst 1967) وموصلية أيونية داخلية وخارجية لمحور الحبار (35.4 & أوميغا سم). هكذا vplot = vحصبة = 1.8 (20-T) / 10 (35.4 / صأكسوبلازم) حيث T هي درجة الحرارة بالدرجات C للسرعة المقاسة vحصبة و رأكسوبلازم هي المقاومة المحددة للمحور ، إذا كان متاحًا ، أو للوسط خارج الخلية إذا كان الأمر بخلاف ذلك. نقاط أو خطوط محددة من المصادر التالية: Squid: Hartline & Young 1936 مذكور في Pumphrey and Young (1938) دودة الأرض: Eccles و Granit & Young (1932) Penaeus و Macrobrachium: Kusano (1966). جراد البحر: جوفيند ولانج (1976) Hydromedusa: Mackie and Meech (1985).


نتائج

عرض Perinexal

لقد أوضحنا سابقًا أن رفع سائل الإرواء Ca 2+ يمكن أن يقلل من عرض المنطقة المحيطة بالجنس (دبليوص) في قلوب مع 145 ملي مولار Na + [18 ، 27]. لتأكيد هذه النتيجة عندما يتم إفراز القلوب بـ 155 ملي مولار Na + ، نقدم هنا صورًا مجهرية إلكترونية تمثيلية للإرسال للقلوب مع 155 ملي مولار Na وإما 1.25- أو 2.00 ملي مولار Ca 2+ (الشكل 1 أ). تم حساب متوسط ​​القياسات من 45 إلى 105 نانومتر لكل قلب (الشكل 1 ب) ومقارنتها بين تركيزات Ca 2+. تمشيا مع النتائج السابقة التي توصلنا إليها ، يمكن أن تنخفض زيادة Ca 2+ إلى 2.00 ملي مولار دبليوص مقارنة بـ 1.25 ملي مولار Ca 2+ (الشكل 1 ج) [18 ، 27].

سرعة التوصيل

يتم عرض خرائط isochrone التمثيلية والبيانات الموجزة لجميع مجموعات Na + و Ca 2 + الإرواء عند 4.6 ملي مولار K + في الشكل 2 أ. لا يؤدي تغيير Na + و / أو Ca 2+ عند خط الأساس ، في وجود 4.6 ملي مولار K + ، إلى تغيير السيرة الذاتية بشكل كبيرتي أو السيرة الذاتيةإل، كما يتضح من البيانات الموجزة في الشكل 2 ب.

لا يؤدي تغيير Na + أو Ca 2+ أو Na + و Ca 2+ إلى تغيير السيرة الذاتيةتي أو السيرة الذاتيةإل عند 4.6 ملم K +. (أ) خرائط isochrone تمثيلية لكل تركيبة نضح Na + / Ca 2+. تم تمييز خريطة 145 ملي M Na + /1.25-mM Ca 2+ بالسيرة الذاتيةتي والسيرة الذاتيةإل التعيينات لأغراض التصور ، (ب) ملخص السيرة الذاتيةتي والسيرة الذاتيةإل عند 4.6 ملم K +. ص & lt 0.05 يُشار إليها بـ * ، الأهمية التي تحددها ANOVA أحادية الاتجاه مع تصحيح Dunnett لمقارنات متعددة. (ن = 12 ، 14 ، 15 ، 15 من اليسار إلى اليمين على التوالي لكل من السيرة الذاتيةتي والسيرة الذاتيةإل)

سرعة التوصيل المستعرض

كما هو متوقع ، ينتج عن تباين K + بين 4.6 و 10.0 ملي استجابة ثنائية الطور في السيرة الذاتيةتي (الشكل 3 الشكل التكميلي 2). تشير خرائط الأيزوكرون التمثيلية في الشكل 3 أ إلى أن بعض التركيبات الأيونية تزيد من السيرة الذاتية ، كما يتضح من عدد أقل من المتوازيات والألوان ، بينما تشير الخرائط الأخرى إلى تباطؤ التوصيل. على وجه التحديد ، سيرة ذاتية أسرعتي (التوصيل الفائق) لوحظ عند 6.4 مم K + في القلوب المروية بـ 145 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca 2+ ، 145 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ ، و 155 ملي Na + / 2.00 ملي محلول Ca 2+. تُظهر مجموعة 155 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ أيضًا سيرة ذاتية أسرعتي عند 8.0 ملم K + (الشكل 3 ب). السيرة الذاتيةتي لوحظ تباطؤ شديد مع فرط بوتاسيوم الدم الشديد (10 مم K +) في القلوب المليئة بثلاثة من الحلول الأربعة: 145 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca 2+ ، 145-ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ ، و 155 ملي مولار Na + /1.25- ملي محلول Ca 2+ (الشكل 3 أ و ب). بعد ، السيرة الذاتيةتي لا يختلف اختلافًا كبيرًا عند 10 ملي مولار + بالنسبة إلى 4.6 ملي مولار + عندما يتم ترطيب القلوب بـ 155 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ (الشكل التكميلي 1 الجدول الإضافي 1). تشير هذه النتائج إلى أن الجمع بين Na + المرتفع و Ca 2+ المرتفع يمكن أن يخفف من السيرة الذاتيةتي التباطؤ الناجم عن فرط بوتاسيوم الدم الشديد. حاولنا كذلك مقارنة السيرة الذاتيةتيعلاقة -K + عبر اختلافات Na + / Ca 2+ من خلال مقارنة مجموعات البيانات المناسبة مع نموذج تربيعي (الشكل التكميلي 2). لسوء الحظ ، لم يكشف هذا النهج عن أي فروق ذات دلالة إحصائية بين المنحنيات.

في نفس الوقت ، تؤدي زيادة Na + و Ca 2+ إلى الحفاظ على السيرة الذاتيةتي والسيرة الذاتيةإل عند 10.0 ملم K +. (أ) خرائط isochrone تمثيلية لكل تركيبة نضح Na + / Ca 2+ عند 4.6- و 10.0-mM K + ، (ب) ملخص السيرة الذاتيةتي كدالة لـ K + لجميع تركيبات نضح Na + و Ca 2+ ، (ج) ملخص السيرة الذاتيةإل كدالة لـ K + لجميع تركيبات نضح Na + و Ca 2+. ص & lt 0.05 يُشار إليها بـ * ، الأهمية التي تحددها ANOVA أحادية الاتجاه مع تصحيح Dunnett لمقارنات متعددة (ن = 12 ، 14 ، 15 ، 15 من اليسار إلى اليمين ، على التوالي).

سرعة التوصيل الطولية

على غرار تحليل السيرة الذاتيةتيعلاقة السيرة الذاتيةإل و K + بين 4.6 و 10.0 ملي ثنائي الطور (الشكل 3 ج الشكل التكميلي 2). سيرة ذاتية أسرعإل لوحظ عند 6.4 مم K + في القلوب المملوءة بـ 145 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca 2+ و 155-mM Na + /1.25-mM Ca 2+ و 155-mM Na + /2.00-mM Ca 2+ الحلول (الشكل 3 ج). السيرة الذاتيةإل لوحظ تباطؤ شديد مع فرط بوتاسيوم الدم الشديد (10 مم K +) في القلوب المليئة بـ 145 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca 2+ و 145 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ و 155 ملي مولار Na + /1.25- ملي محلول Ca 2+ (الشكل 3 ج). متوافق مع السيرة الذاتيةتي، السيرة الذاتيةإل لا يختلف اختلافًا كبيرًا في القلوب المملوءة بـ 155 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ عند 10 ملي مولار K + نسبة إلى 4.6 ملي مولار K +. مجتمعة ، تدعم هذه النتائج بشكل أكبر اكتشاف أن الجمع بين Na + و Ca 2+ المرتفع يمكن أن يخفف بشكل تفضيلي من تباطؤ السيرة الذاتية الناجم عن فرط بوتاسيوم الدم الشديد.

حدوث توقف الانقباض

من النتائج المدهشة في الدراسة أن حدوث توقف الانقباض عند 10 ملي مولار من البوتاسيوم يختلف بين التركيزات الأيونية المختلفة. على وجه التحديد ، تتطور جميع القلوب المملوءة بمحلول 145 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca + لانقطاع الانقباض في وجود 10 ملي مولار K + (الشكل 4 أ). لا يؤدي رفع Ca 2+ وحده إلى تقليل حدوث توقف الانقباض بشكل كبير (145 ملي مولار الصوديوم /2.00- ملي مولار الكالسيوم 2+). ومع ذلك ، ينخفض ​​توقف الانقباض بشكل كبير في القلوب المملوءة بـ 155 ملي مولار الصوديوم مع أو بدون الكالسيوم المرتفع 2+.

حدوث توقف الانقباض خلال 10.0 ملي مولار ك + نضح. (أ) يؤدي رفع سائل الإرواء Na + إلى زيادة كبيرة في الحفاظ على الإيقاع الجوهري عند نضح 10.0-ملي مولار من البوتاسيوم (تشير الأهمية التي يحددها اختبار فيشر الدقيق * ص & lt 0.05 مقارنة بـ 145 ملي مولار Na + ، 1.25-ملي مولار Ca 2+ ، 10.0 ملي مولار K + مجموعة الإرواء) ، (ب) يؤدي تثبيط GJs مع CBX (30 ميكرومتر) إلى زيادة كبيرة في الحفاظ على الإيقاع الجوهري في وجود 145 -mM Na + عند مقارنتها بحالة التحكم (تشير الأهمية التي يحددها اختبار فيشر الدقيق $ ص & lt 0.05 مقارنةً بمجموعة CBX الخاصة بكل منها من سائل الإرواء). لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في الحفاظ على الإيقاع الجوهري عبر المجموعات المروية بـ CBX

لمزيد من التحقيق في آلية الحفاظ على الإيقاع الجوهري باستخدام الصوديوم المرتفع ، قمنا بتثبيط GJC دوائيًا باستخدام CBX (30 ميكرومتر). ومن المثير للاهتمام أن CBX يقلل بشكل كبير من تطور توقف الانقباض عند 10 ملي مولار في مجموعات نضح 145 ملي مولار الصوديوم ولكنه لا يقلل من حدوث توقف الانقباض في مجموعات نضح 155 ملي مولار (الشكل 4 ب).

كاربينوكسولون

وجدنا أن CBX يقلل السيرة الذاتية بغض النظر عن تركيزات Na + أو Ca 2+ أو K + ، بما يتوافق مع النتائج السابقة [20]. باختصار ، يتم تقليل قيم CV في الشكل 5 أ بشكل كبير عند 4.6 ملي مولار من البوتاسيوم مع CBX بالنسبة للقيم المقاسة في الشكل 3 (ص & lt 0.05 لجميع المقارنات) ، ولكن مرة أخرى لا ينتج عن توليفات Na + و Ca 2+ اختلافات كبيرة في السيرة الذاتيةتي (الشكل 5 ب) أو السيرة الذاتيةإل (الشكل 5 ج) عند 4.6 ملي مولار K + مع CBX. ومن المثير للاهتمام ، أن الزيادة المتوقعة في السيرة الذاتية بين 4.6 و 8 ملي مولار K + لم يتم ملاحظتها مع CBX مع أي تركيبة Na + أو Ca 2+ ، والمقارنة اللاحقة لتغيير السيرة الذاتية بين 4.6 ملي مولار و 6.4 ملي مولار K + هي أيضًا لا تختلف اختلافًا كبيرًا عن أي مجموعة تجريبية مع CBX أو بدونها.

بعد تثبيط GJ مع CBX ، تؤدي زيادة Na + و Ca 2+ في نفس الوقت إلى الحفاظ على السيرة الذاتيةتي والسيرة الذاتيةإل عند 10.0 ملم K +. (أ) لا يؤدي تغيير Na + أو Ca 2+ أو Na + و Ca 2+ إلى تغيير السيرة الذاتيةتي أو السيرة الذاتيةإل عند 4.6 ملي K + ، (ب) ملخص السيرة الذاتيةتي كدالة لـ K + في وجود CBX (ن = 6 ، 7 ، 7 ، 8 من اليسار إلى اليمين ، على التوالي) ، (ج) ملخص السيرة الذاتيةإل كدالة لـ K + في وجود CBX (ن = 6 ، 7 ، 7 ، 8 من اليسار إلى اليمين ، على التوالي). الأهمية التي يحددها ANOVA العادي أحادي الاتجاه مع تصحيح Dunnett لمقارنات متعددة (ص & lt 0.05 يُشار إليها بعلامة *)

على غرار دراساتنا بدون CBX ، لوحظ تباطؤ السيرة الذاتية مع فرط بوتاسيوم الدم الشديد (10 ملم K +) في القلوب المليئة بـ 145 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca 2+ (CVتي والسيرة الذاتيةإل تباطؤ) ، 145 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+ (CVتي تباطؤ فقط) ، و 155 ملي مولار Na + /1.25-mM Ca 2+ (CVتي والسيرة الذاتيةإل تباطؤ) (الشكل 5 ب و ج). علاوة على ذلك ، لا تنخفض السيرة الذاتية بشكل ملحوظ عند 10 ملي مولار مع 155 ملي مولار Na + /2.00-mM Ca 2+.

تنبؤات النموذج الحسابي

لاستكشاف الآليات المحتملة التي قد تشرح النتائج التجريبية أعلاه ، تم التحقيق في علاقة CV-K + في السيليكو. يشتمل النموذج الحسابي المستخدم في الشكل 6 على GJC وتوطين قناة الصوديوم في نهايات الخلايا العضلية التي تواجه شقًا خارج الخلية مشتركًا ومقيّدًا مع مقاومة شق متغيرة تتناسب عكسياً مع عرض الفترة المحيطة بالفم (دبليوص). تمثل عائلة المنحنيات في كل لوحة من الشكل 6 أ-د ضيقة (0.5 × دبليوص) ، الاسمي (1 × دبليوص) ، والشقوق العريضة (2 × دبليوص) لتوضيح كيف أن تعديل EpC يغير علاقة CV-K +.

تنبؤات حسابية لتعديل عرض الفترة المحيطة بالجنس (دبليوص) ، وتركيزات الصوديوم خارج الخلية (Na +) ، ووصلة الوصلة الفاصلة (GJC) ، والتوصيل السريع لقناة الصوديوم (gNa). (أ) تزايد دبليوص لتقليل EpC يرتبط بزيادة سرعة التوصيل (CV ، من الأسود إلى النقاط البيضاء). يتم تقليل المنحدر الموجب المحسوب من التوافق الخطي للسيرة الذاتية على مدى البوتاسيوم خارج الخلية (K +) من 4.56 إلى 7 ملي مولار دبليوص النقصان. المنحدر السلبي المرتبط بتعطيل قناة الصوديوم على مدى 9- إلى 10 ملي مولار K + يتناقص إلى حد كبير مع ضيق دبليوص، (ب) زيادة Na + بمقدار 10 ملي مولار (+ 10 ملي مولار Na +) تقلل من المنحدر الإيجابي لعلاقة CV-K بدون تغيير كبير في المنحدر السلبي أو السيرة الذاتية بشكل عام ، (ج) تقليل GJC بنسبة 50٪ (0.5 × GJC) يبطئ السيرة الذاتية لجميع قيم K + دون تغيير منحدر CV-K + الموجب. ومع ذلك ، يرتبط 0.5 × GJC بإبطاء CV المحسن أثناء تعطيل قناة الصوديوم المقاسة بين 9 و 10 ملي مولار K + بالنسبة للحالة الاسمية في اللوحة ب. كان تباطؤ السيرة الذاتية لا يزال هو الأدنى مع أضيق عرض للشق (0.5 × دبليوص) ، (د) لا يؤدي تقليل gNa بنسبة 50٪ (0.5 × gNa) إلى تقليل السيرة الذاتية لجميع K + فحسب ، بل يقلل أيضًا من المنحدرات الإيجابية والسلبية لعلاقة CV-K + ، دون تغيير التوقعات التي دبليوص المرتبطة بأبطأ سيرة ذاتية تضعف التغييرات المعتمدة على السيرة الذاتية على K +

يتنبأ النموذج بأن يضيق تدريجيًا دبليوص (المنحنيات البيضاء إلى السوداء) ، التي تعزز EpC ، يمكن أن تقلل السيرة الذاتية في ظل ظروف GJC و EpC القوية (الشكل 6 أ). تغيير دبليوص لا يغير بشكل كبير الميل الموجب للجزء الخطي من منحنى CV-K + المقدّر أثناء التوصيل الفائق (4.56- حتى 7-ملي مولار +). ومع ذلك ، فإن منحدر CV-K + السلبي المقدر بين 9 و 10 ملي K يتم تقليله بشكل كبير عن طريق التضييق دبليوص. على وجه التحديد ، يكون المنحدر السالب 1.1 سم · مم / ثانية لأوسع الشقوق (2 × Wص) و −0.8 سم · مم / ثانية لأضيق الشقوق (0.5 × Wص). باختصار ، يتنبأ النموذج بأن الشقوق الضيقة يمكن أن تخفف من تباطؤ السيرة الذاتية أثناء تعطيل قناة الصوديوم بسبب فرط بوتاسيوم الدم دون تغيير التوصيل الفائق بشكل ملحوظ.

يمكن أن يؤدي رفع Na + بمقدار 10 ملي مولار في هذا النموذج إلى زيادة متواضعة في السيرة الذاتية ، والتضييق دبليوص لا يزال يبطئ السيرة الذاتية. ومن المثير للاهتمام أن رفع الصوديوم يقلل من الميل الموجب للأجزاء الخطية لعلاقة CV-K + (الشكل 6 ب). في المقابل ، لا يتأثر المنحدر السالب المرتبط بتعطيل قناة الصوديوم عند 10 ملي مولار من البوتاسيوم بشكل كبير برفع الصوديوم ، والقيم مماثلة للمنحدرات السالبة تحت الحالة الاسمية في الشكل 6 أ. يتنبأ النموذج مع الشكل 6 أ ، أن رفع الصوديوم يمكن أن يقلل من حساسية السيرة الذاتية للتغيرات في K أثناء السيرة الذاتية غير العادية ، لكن الميل السالب لا يزال يتحدد في الغالب عن طريق عرض الشق بين الخلايا (دبليوص) وبالتالي EpC. الأهم من ذلك ، رفع الصوديوم وخفضه دبليوص تخفيف حساسية السيرة الذاتية إلى K + أثناء التوصيل غير الطبيعي وتعطيل قناة الصوديوم.

يمكن العثور على استجابة السيرة الذاتية لتقليل GJC بنسبة 50٪ (0.5 × GJC) في الشكل 6 ج. كما هو متوقع ، يؤدي تقليل GJC إلى إبطاء السيرة الذاتية والتضييق دبليوص لا يزال يبطئ السيرة الذاتية. يشير النموذج أيضًا إلى أن تثبيط GJC لا يغير بشكل جوهري علاقة CV-K أثناء التوصيل غير الطبيعي بين 4.56- و 7-mM K ، لكن تثبيط GJC يمكن أن يزيد من حساسية السيرة الذاتية لتعطيل قناة الصوديوم كما يتضح من المنحدرات السلبية الأكبر في الشكل. 6 ج بالنسبة إلى 6 أ. ومع ذلك ، فإن حساسية تباطؤ السيرة الذاتية أثناء تعطيل قناة الصوديوم لا تزال هي الأدنى في ظل ظروف أضيق عرض للشق (0.5 × W).ص) وبالتالي مرتفعة EpC.

عندما يتم تثبيط ذروة توصيل تيار الصوديوم السريع بنسبة 50٪ (0.5 × gNa) ، تتباطأ السيرة الذاتية بشكل كبير كما هو متوقع (الشكل 6 د). على الرغم من الضيق دبليوص لا يزال يبطئ السيرة الذاتية ، والحد دبليوص يقلل أيضًا من المنحدرات الإيجابية والسلبية لعلاقة CV-K +. باختصار ، يتنبأ النموذج بتحسين EpC عن طريق التضييق دبليوص يقلل من حساسية السيرة الذاتية لفقدان قنوات الصوديوم الوظيفية الناتجة عن زيادة تعطيل قناة الصوديوم (10 ملي مولار K +) أو تقليل تيار الذروة (0.5 × gNa). باختصار ، تتنبأ النماذج الحسابية التي تدمج كل من EpC و GJC بعلاقات معقدة مع CV-K + مع نتيجة ثابتة أن التضييق دبليوص يخفف من تباطؤ السيرة الذاتية أثناء فقدان وظيفة قناة الصوديوم الناجم عن تعطيل قناة الصوديوم أو انخفاض تيار الصوديوم الذروة.


نتائج

في هذا القسم ، نوضح كيف يمكن استخدام نموذج EMI للتحقيق في خصائص التوصيل القلبي. أولاً ، نفكر في كيفية تأثير التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم على سرعة التوصيل ، والطبيعة المتقطعة للتوصيل والتأخيرات الزمنية عبر تقاطعات فجوة الاقتران المنخفض. ندرس أيضًا كيفية تأثر سرعة التوصيل على طول خيط من الخلايا بطول الخلايا.أخيرًا ، نستخدم نموذج EMI لدراسة إمكانية اقتران ephaptic الذي يعمل كمسار بديل للتوصيل بين الخلايا والتحقيق في كيفية تأثر ديناميكيات قناة الصوديوم بالتأثيرات ephaptic.

تأثير توزيع قناة الصوديوم على سرعة التوصيل

كمثال أول على تطبيق نموذج التداخل الكهرومغناطيسي ، سنستخدم النموذج لدراسة كيفية تأثير التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم على غشاء الخلية على سرعة التوصيل. في الشكل 4 ، نعرض سرعة التوصيل المحسوبة في عدد من عمليات المحاكاة لشريط مكون من 15 خلية مع انتقال نسب متزايدة من قنوات الصوديوم إلى الأجزاء الأفقية لنهايات الخلية (انظر الشكل 3 ب). هنا ، يمثل 0٪ الحالة الموحدة ، ويمثل 100٪ الحالة غير المنتظمة ، عندما تكون جميع قنوات الصوديوم قريبة من نهايات الخلية. يظل التوصيل الكلي لقناة الصوديوم للخلية كما هو في كل محاكاة كما هو موضح أعلاه. نلاحظ أنه كلما تم نقل نسبة أكبر من قنوات الصوديوم إلى نهايات الخلية ، تزداد سرعة التوصيل.

ترد المعلمات المستخدمة في عمليات المحاكاة في الجدول 1 ، وتشمل المحاكاة 15 خلية. يتم حساب سرعة التوصيل على أساس أن المسافة بين مراكز الخلايا في الخليتين الخامسة والعاشرة مقسومة على الوقت بين مركزي الخلية التي تصل أولاً إلى إمكانات غشاء تبلغ الخامس = 0 بالسيارات.

نظرًا لأنه يتم ملاحظة أكبر اختلاف عن الحالة الموحدة في الحالة التي يتم فيها نقل جميع قنوات الصوديوم إلى نهايات الخلية ، فسنقوم في التجارب أدناه بمقارنة هذين النقيضين فقط بين الحالة المنتظمة مع التوزيع المستمر لقنوات الصوديوم على الغشاء بأكمله و الحالة غير المنتظمة مع جميع قنوات الصوديوم الموجودة بالقرب من نهايات الخلية.

التوصيل المتقطع

من المعروف جيدًا أن التوصيل الكهربائي في أنسجة القلب غير مستمر مع تأخيرات كبيرة في التوصيل عندما تعبر الموجة تقاطعات الفجوة [7]. تمت دراسة هذا التوصيل غير المستمر بشكل ملائم باستخدام نموذج EMI لأن الحدود بين الخلايا ممثلة بشكل صريح في النموذج. في الشكل 5 ، نعتبر خيطًا واحدًا من الخلايا ونعرض النقاط في الوقت المناسب عند كل من x- القيم الموجودة على طول أغشية الخلايا تصل أولاً إلى إمكانات غشاء الخامس = 0 بالسيارات. نحن نعتبر كلاً من التوزيع المنتظم وغير المنتظم لقنوات الصوديوم (انظر الشكل 3 أ و 3 ب) ، وننظر في حالة القيمة الافتراضية لـ رز بالإضافة إلى ثلاث حالات زيادة رز. في الشكل ، نلاحظ أن هناك فجوات زمنية واضحة للعيان بين كل جزء من تقاطعات الفجوة التي تصل الخامس = 0 mV ، وأن حجم هذه الفجوات يزداد كلما زادت مقاومة تقاطع الفجوة. بالإضافة إلى ذلك ، نلاحظ أن الفجوات الزمنية تبدو أطول بالنسبة للحالة الموحدة مقارنة بالحالة غير المنتظمة ، وأن الوقت الإجمالي الذي يقضيه عبور الخلايا الخمس أطول بالنسبة للحالة الموحدة لجميع قيم رز.

المخططات تظهر الوقت الذي كل من x- القيم على طول غشاء الخلايا المركزية الخمس في محاكاة لخيط من سبع خلايا تصل أولاً إلى غشاء محتمل لـ الخامس = 0 بالسيارات. يشير العنوان الموجود أعلى كل لوحة إلى العامل الذي بواسطته القيمة الافتراضية رز = 0.0045 kΩcm 2 مضروبة في المحاكاة. يتم تحديد قيم المعلمات المتبقية في الجدول 1 ، باستثناء أن الخطوة الزمنية مضبوطة على Δر = 0.0005 مللي ثانية.

أوقات التنشيط لخلية واحدة.

في الشكل 6 ، نركز على x- القيم المقابلة لخلية واحدة. نلاحظ أن منحنيات أوقات التنشيط ليست خطوطًا مستقيمة ، ولكنها تنحني على طول الخلية. علاوة على ذلك ، يختلف شكل المنحنيات بشكل واضح في الحالات الموحدة وغير الموحدة. في الحالة الموحدة ، يبدو أن المنحنيات تنحدر نحو نهاية الخلية ، بينما بالنسبة للحالة غير المنتظمة ، يبدو أن المنحنيات تتسطح باتجاه نهاية الخلية. في الواقع ، بالنسبة للحالة غير المنتظمة ، يكون وقت التنشيط أقصر بالنسبة للجزء الأيمن المتطرف من الخلية مقارنة بحوالي 80٪ من طول الخلية في حالات زيادة مقاومة تقاطع الفجوة.

يوضح الشكل النتائج من الشكل 5 مكبرة على x- القيم المقابلة لخلية واحدة في وسط المجال.

علاوة على ذلك ، نلاحظ أنه بالنسبة لتوزيعات قناة الصوديوم ، يصل الوقت بين بداية الخلية ونهايتها الخامس = 0 mV أقصر للحالة ذات مقاومة تقاطع فجوة عالية مقارنة بالحالة ذات القيمة الافتراضية. هذا يعني أن الموجة تنتقل بشكل أسرع عبر خلية واحدة مع زيادة مقاومة تقاطع الفجوة ، وكما هو موضح في الشكل 5 ، يزداد التأخير الزمني عبر تقاطعات الفجوة.

تأثير توزيع قناة الصوديوم على سرعة الضربة الصاعدة

كما هو موضح في الشكل 4 ، تزداد سرعة التوصيل للتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم مقارنةً بالتوزيع المنتظم. لاستقصاء سبب هذا التأثير ، نأخذ في الاعتبار سرعة الضربة الصاعدة لإمكانات الفعل المحسوبة لتوزيعتي قناة الصوديوم. في اللوحة اليسرى من الشكل 7 أ ، أبلغنا عن كيفية تغير إمكانات الغشاء بمرور الوقت لنقطة الشبكة الموجودة في بداية الخلية السابعة ، في وسط الخلية وفي نهاية الخلية في الحالة الموحدة وفي حالة غير موحدة مع جميع قنوات الصوديوم الموجودة في نهايات الخلية. في اللوحة اليمنى ، نرسم سرعة الشوط الصاعد المقابلة (دي في/د) كدالة للوقت. نلاحظ أن سرعة الضربة الصاعدة متشابهة تمامًا في النقاط الثلاث على طول الخلية ، لكن سرعة الضربة الصاعدة تزداد بوضوح في الحالة غير المنتظمة مقارنة بالحالة الموحدة. قد تفسر سرعة الضربة المتزايدة زيادة سرعة التوصيل المذكورة في الشكل 4.

مقارنة بين الشوط الصاعد المحتمل وسرعة الضربة القاضية (أ) ، أنانا (ب) ، متكامل أنانا (ج) ، أناالفارق (د) ، وديناميات البوابات أنانا (E) لحالات U و NU (انظر الشكل 3 أ و 3 ب). ترد المعلمات المستخدمة في عمليات المحاكاة في الجدول 1 ، وتشمل عمليات المحاكاة 15 خلية. نحن نعتبر الخلية السابعة ونسجل إمكانات الغشاء وسرعة السكتة الدماغية والتيارات للأولى x-قيمة المركز x-القيمة والاخيرة x- قيمة الخلية.

تأثير توزيع قناة الصوديوم على ديناميات قناة الصوديوم.

من أجل التحقيق في الاختلاف في سرعة السكتة الدماغية الملحوظة بين حالات NU و U في الشكل 7 أ ، قمنا في الشكل 7 ب بالإبلاغ عن كثافة تيار الصوديوم عند نفس نقاط الغشاء الثلاث لتوزيعتي قناة الصوديوم. في حالة NU ، تكون كثافة تيار الصوديوم صفرًا في مركز المجال ، ولكن لها حجم أكبر بكثير من حالة U عند النقاط القريبة من نهايات الخلية.

تم الإبلاغ عن إجمالي تيار الصوديوم المدمج على الغشاء بأكمله في الشكل 7C ، ونلاحظ أن التيار المتكامل أكبر بالنسبة لحالة U منه في حالة NU. بالإضافة إلى ذلك ، في الشكل 7E ، أبلغنا عن ديناميكيات البوابات لتيار الصوديوم ، ونلاحظ أن احتمال فتح قنوات الصوديوم أكبر قليلاً بالنسبة لحالة U مقارنة بحالة NU. وبالتالي ، لا يبدو أن زيادة سرعة الضربة الصاعدة في حالة NU ناتجة عن تيار صوديوم إجمالي أكبر فوق غشاء الخلية ، بل بسبب كثافة تيار الصوديوم المتزايدة محليًا بالقرب من نهايات الخلية.

تأثير توزيع قناة الصوديوم على تيار وصلة الفجوة.

في الشكل 7 د ، أبلغنا عن حجم الكثافة الحالية من خلال تقاطعات الفجوة ، أناالفارق، لحالات NU و U. نلاحظ أن كثافة تيار تقاطع الفجوة أكبر بالنسبة لحالة NU منها في حالة U.

من أجل التحقيق فيما إذا كان الاختلاف في سرعة السكتة الدماغية بين حالات NU و U يمكن تفسيره بهذه الزيادة أناالفارق، قمنا بالإبلاغ في الشكل 8 عن سرعة السكتة الدماغية المحسوبة لحالات NU و U في محاكاة خلية واحدة (مع عدم وجود تقاطعات فجوة موجودة). مرة أخرى ، نلاحظ أن سرعة الشوط الصاعد أعلى بكثير في حالة NU منها في حالة U. وبالتالي ، يبدو أن زيادة سرعة الضربة الصاعدة لحالة NU التي لوحظت في الشكل 7 أ كانت نتيجة مباشرة لزيادة كثافة تيار الصوديوم محليًا في نهايات الخلية وليست ناتجة عن تيارات تقاطع الفجوة المتزايدة التي لوحظت في الشكل 7 د.

تُظهر المؤامرة سرعة الضربة الصاعدة في بداية الخلية ، ومركز الخلية ونهاية الخلية لتوزيعات قناة الصوديوم NU و U لمحاكاة تتضمن خلية واحدة فقط. يتم تشغيل الخلية من خلال تطبيق الشرط الأولي الخامس = −55 mV لجميع العقد الغشائية في كل من حالات NU و U. ترد قيم المعلمات المستخدمة في المحاكاة في الجدول 1.

تأثير توزيع قناة الصوديوم على التأخيرات الزمنية عبر تقاطعات الفجوة.

في الشكلين 5 و 6 ، لاحظنا أن كلاً من تأخيرات تقاطع الفجوة والوقت المستغرق في عبور خلية واحدة قد انخفض من أجل التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم مقارنةً بالتوزيع المنتظم. علاوة على ذلك ، لاحظنا أن الموجة المتنقلة تقضي معظم الوقت في عبور تقاطعات الفجوة. لذلك ، من المتوقع أن يكون للتأخير في تقاطع فجوة النقصان التأثيرات الأكثر أهمية على الاختلاف الملحوظ في سرعة التوصيل بين حالات NU و U. في الشكل 9 ، أبلغنا عن العلاقة بين التأخيرات الزمنية عبر مفترق فجوة ، وسرعة الشوط القصوى ، وكثافة تقاطع الفجوة القصوى الحالية لعمليات المحاكاة المذكورة في الشكل 4. ونلاحظ أن زيادة سرعة الشوط الصاعد ترتبط بزيادة الفجوة القصوى تيارات الوصل وانخفاض التأخير الزمني عبر تقاطعات الفجوة.

يتم تعريف التأخير الزمني على أنه الوقت بين إمكانات الغشاء في العقدة الحسابية الأخيرة قبل تقاطعات الفجوة بين الخليتين السادسة والسابعة ، والعقدة الحسابية الأولى بعد تقاطعات الفجوة تصل إلى 0 مللي فولت. يتم حساب سرعة الشوط الصاعد عند أول عقدة حسابية بعد تقاطعات الفجوة. يتم حساب كثافة تيار تقاطع الفجوة بين الخلية السادسة والسابعة في وسط المجال في ذ- و ض-الاتجاهات. تم حساب النتائج لعمليات المحاكاة المعروضة في الشكل 4.

تأخيرات زمنية عبر تقاطعات الفجوة لتقارن مخفض

في الشكل 10 ، نوضح كيف يزداد التأخير الزمني عبر تقاطعات الفجوة مع زيادة مقاومة تقاطعات الفجوة. نحن نعتبر كل من حالة التوزيع المنتظم لقنوات الصوديوم وحالة التوزيع غير المنتظم مع جميع قنوات الصوديوم الموجودة بالقرب من نهايات الخلية. نلاحظ أن التأخير الزمني عبر تقاطعات الفجوة أطول بالنسبة للحالة الموحدة مقارنة بالحالة غير المنتظمة لجميع قيم مقاومة تقاطع الفجوة ، رز. علاوة على ذلك ، يزداد الفرق بين التأخيرات الزمنية المرتبطة بكل من توزيعي قناة الصوديوم مع زيادة مقاومة تقاطع الفجوة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قيمة رز حيث يتم حظر الموجة تمامًا بالنسبة للحالة الموحدة مقارنة بالحالة غير المنتظمة.

تتضمن المحاكاة صفًا من عشر خلايا ويتم زيادة مقاومة تقاطع الفجوة بين الخليتين الخامسة والسادسة بعامل يصل إلى 70 من القيمة الافتراضية لـ رز = 0.0045 كيلو أوم 2. القيمة الافتراضية لـ رز يستخدم لتقاطعات الفجوة المتبقية. ترد المعلمات المتبقية المستخدمة في عمليات المحاكاة في الجدول 1 ، باستثناء أن الخطوة الزمنية مضبوطة على Δر = 0.01 مللي ثانية. التوقيتات المذكورة في المؤامرة هي الوقت بين نهاية الخلية الخامسة وبداية الخلية السادسة التي تصل إلى غشاء محتمل لـ الخامس = 0 بالسيارات. في حالة NU ، توجد جميع قنوات الصوديوم في الجزء الأفقي من نهايات الخلية (انظر الشكل 3 ب).

يوضح الشكل 11 موجة الانتشار للحالات المنتظمة وغير المنتظمة عندما تزداد مقاومة تقاطع الفجوة بمعامل 10 من القيمة الافتراضية البالغة 0.0045 kΩcm 2 إلى 0.045 kcm 2. نلاحظ أن الموجة تتأخر بنحو مللي ثانية عندما تصل إلى فجوة تقاطعات الاقتران المنخفض ، لكنها في النهاية تعبر تقاطعات الفجوة. يحدث هذا بشكل أسرع في حالة التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم مقارنة بالحالة الموحدة.

يوضح الشكل الإمكانات داخل الخلايا في المستوى في مركز المجال في ض- الاتجاه عند أربع نقاط زمنية للحالة مع توزيع موحد (U) وغير منتظم (NU) لقنوات الصوديوم. تزداد مقاومة تقاطع الفجوة الافتراضية بمعامل 10 من 0.0045 kΩcm 2 إلى 0.045 kcm 2 بين الخليتين الخامسة والسادسة. ترد قيم المعلمات المتبقية المستخدمة في عمليات المحاكاة في الجدول 1 ، باستثناء أن الخطوة الزمنية مضبوطة على Δر = 0.01 مللي ثانية.

يوضح الشكل 12 بالمثل حالة تكون فيها موجة الانتشار قادرة فقط على عبور تقاطعات الفجوة ذات المقاومة المتزايدة للتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم. في هذا المثال ، تمت زيادة مقاومة تقاطع الفجوة بمعامل 70 مقارنة بالقيمة الافتراضية على تقاطعات الفجوة بين الخليتين الخامسة والسادسة. نلاحظ أن الموجة المنتشرة قادرة على عبور تقاطعات الفجوة ذات المقاومة المتزايدة بعد تأخير طويل للحالة غير المنتظمة ، ولكن يتم حظرها تمامًا في الحالة الموحدة. أيضًا ، من الجدير ملاحظة أن عودة الاستقطاب أبطأ كثيرًا في حالة NU مقارنةً بحالة U. ومع ذلك ، لاحظنا عمومًا عودة الاستقطاب بشكل أبطأ عندما تكون الموجة قادرة على الانتشار عبر نقطة مقاومة متزايدة ، وهذا ينطبق أيضًا عندما يتم توزيع قنوات الصوديوم بشكل موحد.

يوضح الشكل الإمكانات داخل الخلايا في المستوى في مركز المجال في ض-الاتجاه عند أربع نقاط زمنية للحالة مع توزيع موحد (U) وغير منتظم (NU) لقنوات الصوديوم. تزداد مقاومة تقاطع الفجوة الافتراضية بمعامل 70 من 0.0045 kΩcm 2 إلى 0.315 kcm 2 بين الخليتين الخامسة والسادسة. ترد قيم المعلمات المتبقية المستخدمة في عمليات المحاكاة في الجدول 1 ، باستثناء أن الخطوة الزمنية مضبوطة على Δر = 0.01 مللي ثانية.

تأثير طول الخلية على سرعة التوصيل

في هذا القسم ، نتحرى كيف تعتمد سرعة التوصيل على طول الخلية إذا ظل عدد قنوات الصوديوم لكل خلية ثابتًا. بافتراض أن عدد قنوات الصوديوم لكل خلية يظل ثابتًا ، فإن كثافة قنوات الصوديوم على غشاء الخلية ستنخفض مع زيادة طول الخلية. في هذا الصدد ، يبدو من المعقول أن نتوقع أن سرعة التوصيل ستنخفض إذا قمنا بزيادة طول الخلايا ، لأن قنوات الصوديوم مهمة للحفاظ على استثارة الغشاء اللازمة للتوصيل القلبي [57]. من ناحية أخرى ، كلما زاد طول الخلية ، فإن المسافة بين حدود الخلية في x- سيزداد الاتجاه ، ولطول انتشار معين ، سيتعين على الموجة المنتشرة أن تعبر حدودًا أقل للخلية. هذا يشير إلى أن سرعة التوصيل ستزداد كلما زاد طول الخلية. نتيجة لهذه التأثيرات المتعارضة ، قد نتوقع أنه يمكن أن يكون هناك بعض الطول الأمثل للخلية الذي يزيد من سرعة التوصيل إلى الحد الأقصى.

في الشكل 13 ، نتحرى عن هذه الخاصية ونبلغ عن سرعة التوصيل المحسوبة لعدد من عمليات المحاكاة بأطوال خلايا مختلفة. نحن نعتبر كلاً من التوزيع المنتظم وغير المنتظم لقنوات الصوديوم. طول Ωا متنوع وعرض الخلية وأحجام Ωدبليو و Ωه ثابتة في كل محاكاة (انظر اللوحة اليسرى من الشكل 2). من أجل الحفاظ على العدد الإجمالي لقنوات الصوديوم ثابتًا لكل طول خلية ، نقوم باستبدال مساحة غشاء الخلية الفعلية ، أج، من خلال مساحة الغشاء لحجم الخلية الافتراضي في الجدول 1 عند حساب كثافة توصيل قناة الصوديوم بمقدار (22) في حالة NU. في حالة U ، نسمح بالمثل بمقياس موصلية قناة الصوديوم بواسطة عامل.

في الشكل 13 ، نلاحظ أن سرعة التوصيل تصل بالفعل إلى الحد الأقصى لطول خلية معين وأن سرعة التوصيل تقل كلما زاد طول الخلية أو انخفض من هذه القيمة. على وجه الخصوص ، بالنسبة للمعلمات المختارة هنا (انظر الجدول 1) ، يبلغ طول الخلية حوالي 100 ميكرومترم و 150 ميكرومتريبدو أن m يؤدي إلى سرعة التوصيل القصوى في الحالات الموحدة وغير المنتظمة ، على التوالي.

يشير طول الخلية هنا إلى الطول الإجمالي لـ Ωا، Ωدبليو و Ωه (انظر الشكل 2) ، ولكن فقط طولا متنوع في المحاكاة. يتم إعطاء قيم المعلمات المتبقية في الجدول 1 ، باستثناء أطوال الخلايا الأقصر من 20 ميكرومترم ، طولن و Ωس في ال x- يتم تقليل الاتجاه إلى طول الخلية مطروحًا منه 6 ميكرومترم بحيث تناسب على Ωا. لمحاكاة أطوال الخلايا حتى 104 ميكرومترm ، تتضمن المحاكاة 20 خلية ، يتم تحفيز الخلايا الأربع الأولى ويتم حساب سرعة التوصيل بين الخلايا رقم سبعة وخلايا ثلاثة عشر. بالنسبة لأطوال الخلايا المتبقية ، تشتمل المحاكاة على عشر خلايا ، ويتم تحفيز أول خليتين ويتم حساب سرعة التوصيل بين الخليتين رقم ثلاثة وسبعة.

اقتران الخلايا العضلية القلبية

يُعتقد بشكل أساسي أن الانتشار المحتمل للعمل من خلية عضلة القلب إلى خلية عضلة القلب يتم تمكينه بواسطة التيار عبر تقاطعات الفجوة التي تربط الخلايا الفردية [59]. ومع ذلك ، تم اقتراح اقتران ephaptic كآلية بديلة أو داعمة للتوصيل بين الخلايا [19]. يعتبر نموذج EMI مناسبًا تمامًا لدراسة هذه الآلية لأن الفضاء خارج الخلية يتم تمثيله بشكل صريح في النموذج كمجال فرعي هندسي.

اقتران مائي لتقاطعات الفجوة المغلقة.

من أجل التحقيق في إمكانية أن تكون الإمكانات خارج الخلية وحدها مسارًا بديلًا للتوصيل بين الخلايا المجاورة ، فإننا نعتبر خليتين بهما فجوة توصيل موصل ، مضبوطة على الصفر على القرص المقحم بين الخلايا. نقوم بتحفيز النصف الأول من الخلية الأولى والتحقق مما إذا كانت موجة الانتشار الناتجة قادرة على الانتقال إلى الخلية الثانية على الرغم من عدم وجود تيار من خلال تقاطعات الفجوة بين الخلايا.

في اللوحة العلوية من الشكل 14 ، أبلغنا عن الإمكانات داخل الخلايا ، والإمكانات خارج الخلية وإمكانات الغشاء في نقطة شبكية موجودة على غشاء الخلية الثانية ، مباشرة بعد تقاطعات الفجوة مع التوصيل الصفري. يتم توضيح هذه النقطة من خلال دائرة حمراء في وصف المجال في اللوحة فوق المؤامرات. نحن نعتبر عددًا من المسافات المختلفة د بين الخلايا ، ولاحظ ذلك على أنه د انخفض حجم الحد الأدنى من الإمكانات خارج الخلية بشكل كبير للحالة غير المنتظمة. في الواقع ، لمسافة خلية تبلغ د = 5 نانومتر ، تصل القيمة خارج الخلية إلى ما يقرب من -30 مللي فولت. ومع ذلك ، بالنسبة للحالة الموحدة ، لا يزداد حجم الإمكانات خارج الخلية بشكل كبير ، حتى بالنسبة لمسافة الخلية التي تبلغ د = 5 نانومتر.

يوضح الشكل الإمكانات داخل الخلايا ، والإمكانات خارج الخلية وإمكانات الغشاء التي لوحظت بعد تقاطعات الفجوة المسدودة لقيم مختلفة لمسافة الخلية ، د. المسافة د هو مجموع الطول Ωدبليو و Ωه (انظر الشكل 2 واللوحة العلوية من هذا الشكل). في حالة NU ، نقوم بتوزيع جميع قنوات الصوديوم على الجزء الرأسي من نهايات الخلية (انظر الشكل 3C). نحن نعتبر خليتين بهما فجوة توصيل موصل ونحفز النصف الأول من الخلية الأولى. يتم تسجيل الإمكانات في نقطة شبكية تقع مباشرة بعد تقاطعات الفجوة المسدودة ، على غشاء الخلية الثانية ، موضحة بدائرة حمراء في اللوحة العلوية. ترد قيم المعلمات المستخدمة في عمليات المحاكاة في الجدول 1 ، باستثناء أننا نستخدم Δر = 0.01 مللي ثانية ، Δض = 1 ميكرومترم وحجم خلية مخفض قليلاً. ندع Ωا يكون بحجم 100 ميكرومترم × 12 ميكرومترم × 12 ميكرومترم ، Ωدبليو و Ωه يكون بالحجم د/2 × 4 ميكرومترم × 4 ميكرومترم و Ωس و Ωن يكون بحجم 4 ميكرومترم × 2 ميكرومترم × 4 ميكرومترم. علاوة على ذلك ، نستخدم Δx = د/ 4. تُظهر اللوحة المركزية الإمكانات داخل الخلايا ، والإمكانات خارج الخلية وإمكانات الغشاء كوظائف زمنية. تُظهر اللوحة السفلية الحد الأقصى من الإمكانات داخل الخلايا ، والحد الأدنى من الإمكانات خارج الخلية وإمكانات الغشاء القصوى كوظائف 1 /د.

في اللوحة السفلية من الشكل 14 ، أبلغنا عن الحد الأقصى للإمكانات داخل الخلايا ، والحد الأدنى من الإمكانات خارج الخلية والقيمة القصوى لإمكانات الغشاء لنفس نقطة الشبكة كدالة 1 /د. نلاحظ أن الحد الأدنى لقيمة شه يبدو أنه يتناسب تقريبًا مع 1 /د لقضية NU. في المؤامرة ، نوضح هذه التناسب من خلال مقارنة الحد الأدنى من الإمكانات خارج الخلية المحسوبة لحالة NU مع التقريب الخطي min (هه) ≈ أ/د، أين أ = −0.15 مللي فولت ميكرومترم.

لا يتغير حجم الإمكانات داخل الخلايا كثيرًا بالنسبة للقيم المدروسة لـ د، وبالتالي فإن إمكانات الغشاء المتزايدة التي لوحظت في اللوحة الموجودة في أقصى اليمين من الشكل 14 ناتجة تمامًا عن انخفاض الإمكانات خارج الخلية (تذكر أن الخامس = شأناشه). نلاحظ ذلك لمسافة خلية تبلغ د = 5 نانومتر ، تزداد احتمالية الغشاء بعد تقاطع الفجوة المسدودة إلى حوالي −52 mV. ومع ذلك ، فإن هذا لا يكفي لبدء جهد فعل في الخلية الثانية ، لذلك لا نحقق انتشارًا ناجحًا من خلال الاقتران اللاصق في هذه الحالة.

اقتران Ephaptic من أجل انخفاض التوصيل خارج الخلية.

كما لوحظ في الشكل 14 ، تصل الإمكانات خارج الخلية إلى ما يقرب من -30 مللي فولت لمسافة خلية تبلغ 5 نانومتر ، ولكن هذا لا يكفي لدعم انتشار إمكانات العمل في حالة تقاطعات الفجوة المغلقة. ومع ذلك ، من المتوقع أن يعتمد هذا الاستنتاج على اختيار قيم المعلمات المستخدمة في المحاكاة. على سبيل المثال ، إذا افترضنا أن الموصلية خارج الخلية هي 10 مللي ثانية / سم بدلاً من القيمة الافتراضية البالغة 20 مللي ثانية / سم ، فإن حجم الإمكانات خارج الخلية يكون كبيرًا بما يكفي لتمكين الانتشار من خلال الاقتران ephaptic وحده ، كما هو موضح في الشكل 15. هنا ، نظهر الإمكانات داخل الخلايا ، والإمكانات خارج الخلية وإمكانات الغشاء في نقطة غشاء الخلية الثانية الموضحة بدائرة حمراء في اللوحة العلوية من الشكل 14. وفي هذه الحالة ، يبدو أن حجم الإمكانات خارج الخلية هو كبيرة بما يكفي لرفع إمكانات الغشاء إلى قيمة تؤدي إلى تنشيط قنوات الصوديوم على غشاء الخلية الثانية ، وبالتالي إلى زيادة كبيرة في إمكانات الخلايا في الخلية الثانية.

يوضح الشكل الإمكانات داخل الخلايا ، والإمكانات خارج الخلية وإمكانات الغشاء التي لوحظت بعد قرص مقحم مع تقاطعات فجوة مسدودة من أجل محاكاة بنفس الإعداد كما في الشكل 14 ، باستثناء قيمة σه يتم تقليله من 20 مللي ثانية / سم إلى 10 مللي ثانية / سم. نحن نعتبر مسافة الخلية د = 5 نانومتر وتوزيع غير منتظم لقنوات الصوديوم.

آثار البلعوم على أنانا ديناميات.

في الشكل 16 ، قمنا بالتحقيق في كيفية تأثير الاقتران اللاصق على خصائص التوصيل عندما يكون هناك تيار داخل الخلايا من خلال تقاطعات الفجوة. نحن نعتبر حالة مع خليتين كما في الشكل 14 ، ولكن حيث يتم تعيين مقاومة تقاطع الفجوة بين الخليتين على القيمة الافتراضية الواردة في الجدول 1. على وجه الخصوص ، نتحرى كيف يؤثر توزيع قنوات الصوديوم ومسافة الخلية على ديناميات قنوات الصوديوم. يوضح الشكل أنه في نهاية الخلية الأولى (A) وبداية الخلية الثانية (B) ، يعمل توطين قناة NU على تسريع معدل أنانا التنشيط فيما يتعلق بالوقت ، الخامس، وكلاهما شأنا و شه. يتم تضخيم هذه التأثيرات على مسافات قصيرة من الخلايا ، خاصة في الخلية الثانية (B) ، التي يتم نقل AP إليها. في اللوحة C ، يتم توضيح التأثيرات ephaptic على قنوات الصوديوم في حالة NU بشكل أكبر ، من خلال النظر أنانا, شأنا و شه في بداية الخلية الثانية كوظائف زمنية. نلاحظ أنه مع انخفاض مسافة الخلية ، هناك زيادة كبيرة في حجم الإمكانات خارج الخلية ، وتنشيط قنوات الصوديوم في وقت مبكر وبإمكانات أقل داخل الخلايا. علاوة على ذلك ، في اللوحة D ، نقوم بدمج الإجمالي أنانا التدفق فوق الغشاء الكامل للخلية الثانية. نلاحظ أن حركة الشحنة المطلوبة لضربة الرأس الصاعدة تقل بشكل كبير في حالة NU ، خاصة على مسافات الخلايا القصيرة. تشير هذه النتائج معًا إلى أن توطين NU ومسافات الخلايا القصيرة قد تتفاعل لتحفيز تنشيط قناة الصوديوم أثناء ضربة صعود AP ، مما يقلل من التأخير في توصيل الفجوة وحركة الشحنة الصافية المطلوبة لانتشار AP.

(أ) خام (الألواح العلوية) وطبيعي (جزء من الذروة ، الألواح السفلية) أنانا التيارات لغشاء نهاية الخلية البعيدة في الخلية الأولى من حبلا من خليتين. أنانا في منطقة الغشاء هذه تظهر في كل من مسافات الخلايا الثلاثة المختلفة (د = 5 نانومتر ، 10 نانومتر ، 160 نانومتر) لحالات U و NU. (ب) نتائج مماثلة للغشاء في بداية الخلية الثانية. (ج) تطوير الوقت أنانا, شأنا و شه لبداية الخلية الثانية. (د) خلية كاملة متكاملة أنانا التدفق في الخلية الثانية خلال السكتة الدماغية بأكملها لحالات NU و U. إعداد المحاكاة والمعلمات هي نفسها كما في الشكل 14 ، باستثناء أن مقاومة تقاطع الفجوة مضبوطة على القيمة الافتراضية للجدول 1.

التأثيرات الملتهبة لمسافات الخلايا الكبيرة.

في الأشكال 14-16 ، لاحظنا أنه بالنسبة لمسافات الخلايا الصغيرة ، يزداد حجم الإمكانات خارج الخلية بشكل كبير في التقاطعات الصغيرة خارج الخلية بين الخلايا من أجل التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم ، مما يتيح التأثيرات اللاصقة بين الخلايا. ومع ذلك ، في عمليات المحاكاة المتبقية من هذه الورقة ، تكون مسافة الخلية أكبر بكثير مما كانت عليه في الأشكال 14-16 ، وبالتالي نتوقع أن النتائج في الأشكال 4-13 ليست ناتجة عن تأثيرات ephaptic بين الخلايا.

على سبيل المثال ، يوضح الشكل 17 سرعة التوصيل لـ 0٪ و 50٪ و 100٪ من قنوات الصوديوم المنقولة إلى نهايات الخلية لقيمة متزايدة σه. تعرض اللوحة اليسرى أقصى قيمة مطلقة لـ شه أثناء المحاكاة لكل من هذه القيم σه، واللوحة اليمنى توضح سرعات التوصيل المقابلة. نلاحظ أن قيمة σه يزداد ، يتناقص حجم الجهد خارج الخلية ، ولكن يبدو أن سرعة التوصيل تظل ثابتة. بعبارة أخرى ، يبدو أن تأثير زيادة سرعة التوصيل للتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم لا يتأثر بانخفاض حجم الإمكانات خارج الخلية ، وبالتالي لا يبدو أن نتائج الشكل 4 ناتجة عن تأثيرات ephaptic .

تُظهر اللوحة اليسرى القيمة القصوى المطلقة للإمكانات خارج الخلية كقيمة σه يزداد في عمليات المحاكاة باستخدام نفس الإعداد كما في الشكل 4 ، مع انتقال 0٪ (U) و 50٪ و 100٪ من قنوات الصوديوم إلى نهايات الخلية. تُظهر اللوحة اليمنى سرعة التوصيل المحسوبة في كل من المحاكاة.


مناقشة

تفترض هذه التحقيقات أن أنواع الاختبار الأربعة تعيش في بيئات حرارية مختلفة. لذلك من المناسب التعليق على حجم نطاق درجة الحرارة هذا. في البداية ، يجب التأكيد على أن نطاق درجة الحرارة الدقيق لهذه الأنواع غير معروف ، وهي مشكلة شائعة للكائنات البحرية. ربما تعاني المجموعات السكانية الفرعية المتميزة جغرافيًا من تباين في درجات الحرارة أيضًا. للغرض الحالي ، نعتزم فقط إثبات أن نطاق درجة حرارة كل نوع مختلف وأنهم مجتمعين يمتدون حوالي 20 درجة مئوية.

L. opalescens توجد بشكل شائع قبالة ساحل المحيط الهادئ في أمريكا الشمالية وهي وفيرة بشكل خاص قبالة كاليفورنيا. في فصل الشتاء ، يتواجد السكان في جنوب كاليفورنيا ، بينما يتواجدون في بقية العام في شمال ووسط كاليفورنيا. في كلتا الحالتين ، نادرًا ما تتجاوز درجات حرارة السطح 13 درجة مئوية وغالبًا ما تكون أقل بعدة درجات. وقد لوحظت هذه الحبار أيضًا أسفل الخط الحراري عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 6-7 درجات مئوية (Neumeister et al. ، 2000). عينات L. pealei يتم مواجهتها بشكل شائع قبالة ساحل المحيط الأطلسي لأمريكا الشمالية من خليج مين إلى خليج المكسيك. تمت مناقشة نطاق درجة حرارتها بمزيد من التفصيل في مكان آخر (Boyle، 1983 Rosenthal and Bezanilla، 2000b). في Woods Hole ، يكون هذا الحبار أكثر شيوعًا بين حوالي 10 و 20 درجة مئوية ، على الرغم من وفرة هذه الحبار عندما تكون درجات حرارة الماء عند الطرف الأدنى من هذا النطاق. تم الإبلاغ عنها بنشاط لتجنب درجات الحرارة التي تقل عن 8 درجات مئوية (سامرز ، 1969). عينات L. plei توجد بشكل شائع في خليج المكسيك وفي البحر الكاريبي قبالة شمال أمريكا الجنوبية. في موشيما ، فنزويلا ، حيث تم جمع عينات هذه الدراسة ، كانت درجات حرارة الماء في موقع الالتقاط (والعمق) بين 18 و 20.5 درجة مئوية. في خليج المكسيك ، غالبًا ما تصادف هذه الحبار في نفس المناطق مثل L. pealei ومع ذلك ، فإن وفرة كل نوع مقسمة إلى طبقات مع العمق. L. plei تفضل المياه السطحية الدافئة (& lt50 م) ، بينما L. pealei تفضل المياه الأكثر برودة والأعمق (Hixon et al. ، 1980 Whitaker ، 1978 ، 1980). S. sepioideaتوجد عادة بجوار الشعاب المرجانية الضحلة في البحر الكاريبي وخليج المكسيك (فوس ، 1956). في Mochima ، حيث تم جمع العينات ، أشار مسجلو البيانات إلى أن درجات الحرارة اليومية تقلبت بين 23.5 و 27 درجة مئوية في أبريل ومايو. في شهري يوليو وأغسطس ، كانت درجات الحرارة أعلى بكثير (26-29 درجة مئوية). وتجدر الإشارة إلى أن كلاهما L. plei و S. sepioidea تم الحفاظ عليها عند 29-30 درجة مئوية في خزانات مياه البحر المتدفقة لعدة أيام قبل الاستخدام مع عدم وجود آثار ضارة واضحة.

تحدد البيانات المقدمة في هذا التقرير ثلاث خصائص لإمكانات الإجراء المنتشر التي تختلف. أولاً ، تختلف مدة مرحلة سقوط جهد الفعل بين جميع الأنواع التي تم اختبارها وترتبط بالبيئة الحرارية للأنواع عند قياسها عند درجات حرارة مكافئة ، وتكون إمكانات العمل من الأنواع التي تعيش في بيئات أكثر برودة أقصر. ثانيًا ، تكون مرحلة ارتفاع إمكانات الفعل بطيئة نسبيًا S. sepioidea، ولكنها مكافئة في جميع الأنواع الثلاثة من لوليجو. ثالثًا ، نفس العلاقة تنطبق على سرعة التوصيل.

المستويات المطلقة لـ زك و زتتوافق Na مع جميع التغييرات الثلاثة في إمكانات الفعل المنتشرة. يجب التأكيد على أنه تم قياس المواصلات المعتمدة على الأنواع باستخدام مجموعتين مستقلتين من التجارب (محاور مثبتة بالجهد وانقطاعات محتملة للعمل) وكلاهما أسفر عن نتائج قابلة للمقارنة. من الواضح أن هناك زيادة في زستقلل K من مدة مرحلة هبوط جهد الفعل ، وهو تأكيد مدعوم من نموذج Hodgkin و Huxley (البيانات غير معروضة). في الواقع ، بالنسبة لعدد من الأنظمة ، يتم تنظيم مدة إمكانات العمل من خلال تغيير مستوى زK (Chen et al.، 1996 Kaab et al.، 1996 Thuringer et al.، 1996 Zhang and McBain، 1995). وقت الصعود المحتمل للعمل البطيء نسبيًا وسرعة التوصيل في S. sepioidea تتوافق المحاور مع مستوياتها المنخفضة من زنا. على أساس محور عصبي نموذج Hodgkin و Huxley ، فإن مستوى زيرتبط Na جيدًا بسرعة التوصيل ووقت الصعود (Adrian ، 1975 Hodgkin ، 1975 Huxley ، 1959). ومع ذلك ، لم تتم محاولة المزيد من الاستقراء الكمي لسرعة التوصيل ووقت الصعود ، باستخدام قيم التوصيل المقاسة لدينا. أشارت سنوات من التدقيق إلى أن العديد من جوانب نموذج هودجكين وهكسلي تتطلب مزيدًا من التنقيح للتنبؤ بخصائص التوصيل بدقة كافية للأغراض الحالية (Armstrong and Bezanilla، 1977 Armstrong et al.، 1973 Armstrong and Hille، 1998 Vandenberg and Bezanilla، 1991 Bezanilla، 2000 Bezanilla and Armstrong، 1977). على سبيل المثال ، كما هو موضح في الشكل 6 ، عند ذروة جهد الفعل ، لا يوجد تقريبًا زK ، وهي نتيجة لم تتنبأ بها معادلات Hodgkin و Huxley باستخدام المعلمات الأصلية (Hodgkin and Huxley ، 1952).

هناك العديد من الآليات المعقولة لتنظيم المواصلات الأيونية في المحور العصبي العملاق. سيكون الإجراء الأكثر وضوحًا هو تعديل التعبير السطحي لقنوات Na + أو K + عن طريق آليات النسخ ، أو عن طريق آليات الترجمة أو عن طريق تغيير معدلات الدوران. يمكن أيضًا تنظيم التوصيل الوحدوي لقنوات Na و K. لا يوجد دليل يدعم أو يدحض أي من هذه الاحتمالات. يمكن أن تؤثر الاختلافات المعتمدة على الأنواع في التثبيط البطيء أيضًا على المستويات المتاحة من المواصلات الأيونية. ومع ذلك ، في إمكانات الاحتفاظ المستخدمة لهذه الدراسات (≤-65 مللي فولت) ، لم يكن هناك إبطاء ملحوظ في التعطيل لأي نوع. ل زK ، قد يكون التنظيم أيضًا على مستوى تجميع الوحدة الفرعية. تشير الأدلة الحديثة إلى أن SqKالخامس1.1A ، قناة K + mRNA التي يُعتقد أنها تكمن وراء بعض أو كل المقوم المتأخر زيحتوي K في المحور العصبي العملاق (Rosenthal et al. ، 1996) ، على العديد من بقايا الأحماض الأمينية الشاذة في مجال القناة (T1) المسؤول عن تحويل الوحدة الفرعية إلى tetramerization (Liu et al. ، 2001). تؤثر الأحماض الأمينية في هذه المواضع ، والتي ينظمها تحرير RNA (Rosenthal and Bezanilla، 2000a) ، بقوة على التعبير الوظيفي للقنوات المعبر عنها بشكل غير متجانس في Xenopus البويضات. تشير أدلة أخرى إلى أن نمط تحرير RNA في المجال T1 من SqKالخامس1.1A يختلف باختلاف أنواع الحبار (Rosenthal and Bezanilla ، 1998).

تعد تغييرات مستوى التوصيل المحددة في هذه الدراسة آلية تنظيمية معقولة للتغييرات التي لوحظت في إمكانات العمل المنتشرة. ومع ذلك ، توجد احتمالات أخرى. على سبيل المثال ، تعطيل وتعطيل زيمكن أن يساهم Na في معدل انخفاض إمكانات الفعل. يمكن أن تختلف خصائص كابل المحور العصبي (مثل المقاومة أو السعة) أيضًا بين الأنواع. أظهر العمل السابق أنه ، داخل الأنواع ، يمكن للتغيرات الموسمية في المقاومة الداخلية للمحور العملاق أن تؤثر على سرعة التوصيل (Rosenthal and Bezanilla، 2000b).

هل تصف هذه البيانات التكيفات درجة الحرارة؟ للإجابة على هذا السؤال ، يجب أولاً مراعاة عدة عوامل. هل يتوسط نظام المحوار العملاق وظيفة مكافئة في جميع الأنواع المختبرة؟ على أساس أوجه التشابه في علم التشريح والسلوك ، يُفترض أنه لكل نوع ، ينظم النظام المحوري العملاق استجابة الهروب بالدفع النفاث (أوتيس وجيلي ، 1990 يونغ ، 1938) ويلعب دورًا في سلوك التغذية (بريوس وجيلي ، 2000). هل هذه الأنواع قريبة بما فيه الكفاية على مستوى النشوء والتطور للسماح بمقارنة ذات مغزى؟ على الرغم من عدم وجود معايير محددة ، إلا أن الأنواع الأربعة هي أعضاء في عائلة Loliginidae. على أساس دراسات النشوء والتطور الحديثة باستخدام تسلسل الحمض النووي للميتوكوندريا ، الثلاثة لوليجو الأنواع ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض أكثر من ارتباطها بأعضاء الجنس الآخرين. الانواع S. sepioidea هو الخارج (أندرسون ، 2000). لذلك ، عند النظر في بياناتنا ، يجب إعطاء وزن أكبر للاختلافات الفسيولوجية التي تتنوع داخل الجنس لوليجو (على سبيل المثال ، مستوى زك). جميع الأنواع الثلاثة من لوليجو هي مفترسات نشطة في السطح. بالرغم ان S. sepioidea أكثر هيمنة ، فمن المحتمل أن يتوسط النظام المحوري العملاق نفس الوظيفة الأساسية لجميع أنواع الحبار التي تم اختبارها.

من المهم أيضًا التفكير في سبب تكيف الاختلاف الفسيولوجي. أولاً ، سيتم النظر في مدة إمكانية العمل من حيث تعويض السعر البسيط. هل من الضروري للأنواع التي تعيش في بيئات حرارية مختلفة أن تحافظ على نفس المدة المحتملة للعمل عند درجات الحرارة الأصلية؟ إذا كان الأمر كذلك ، يلزم إجراء تعديلات على السلوكيات الأيونية الأساسية. البيانات من هذه الدراسة تدعم هذا الرأي جزئيا فقط. إمكانات العمل من L. opalescens المحاور العملاقة سريعة نسبيًا وتلك الموجودة في S. sepioidea بطيئة. ومع ذلك ، فإن تعويض السعر لم يكتمل. في المتوسط ​​، هناك تحول ما يقرب من 5 درجات مئوية في أوقات الخريف بينهما L. opalescens و S. sepioidea وتحول إجمالي يبلغ حوالي 7.5 درجة مئوية في إجمالي المدة المحتملة للعمل (وقت السقوط بالإضافة إلى وقت الصعود). الفرق في درجة الحرارة بين بيئة هذين النوعين هو ضعف هذا تقريبًا. من الواضح أنه لا يوجد تعويض معدل مثالي. عند النظر في الغرض من إمكانات عمل المحوار العملاق ، لتحفيز نفاثة هروب ، فإن ضرورة تعويض المدة في المقام الأول ليست واضحة على الفور. ينتج عن جهد الفعل الفردي في المحور العصبي العملاق تقلص كلي أو لا شيء لعضلات الوشاح (Prosser and Young ، 1937 Young ، 1938). هل مدة هذا العمل المحتملة مهمة؟ يمكن أن يساعد الفهم الأفضل للعلاقة بين درجة الحرارة ومدة الفعل المحتملة وتقلص الوشاح في إلقاء الضوء على هذه المشكلة.

الفرضية البديلة هي أن إمكانية العمل تتوسع ، تُرى في الأنواع من الموائل الأكثر دفئًا (L. plei و S. sepioidea) ، هو مجرد نتيجة للتكيف لتجنب فشل محتمل في درجات الحرارة العالية. كما نوقش في قسم النتائج ، تفشل إمكانات العمل في النوعين من الموائل الباردة عند 29 درجة مئوية تقريبًا. نطاق درجة الحرارة لكليهما L. plei و S. sepioidea يمكن أن تقترب من هذا المستوى. في الواقع ، في أيدينا ، يعيش كلا النوعين في خزانات يتم الحفاظ عليها عند درجة الحرارة هذه. باستخدام نموذج Hodgkin و Huxley ، يتناقص في زك يؤدي إلى زيادات في درجة حرارة الفشل لأن أقل زيتنافس K مع زنا بعد التحفيز. أظهرت إمكانات العمل من كلا النوعين "الدافئ" انخفاضًا زK ودرجة حرارة عالية للفشل.ومع ذلك ، يمكن أن تسهم عوامل أخرى أيضًا في اختلافات في درجة حرارة الفشل (مثل الاختلافات في تعطيل قناة Na +). من الواضح أن تجنب الفشل المحتمل للعمل سيكون ميزة تكيفية.

يمكن أيضًا عرض التغييرات المبلغ عنها في سرعة التوصيل الطبيعية من حيث التعديلات التعويضية. سرعة التوصيل للمحور العملاق S. sepioidea، في جميع درجات الحرارة ، أبطأ من درجة الحرارة لوليجو محيط. في الواقع ، فإن التحول ما يقرب من 10 درجات مئوية بين سرعة التوصيل عكس تتوافق علاقات درجة الحرارة بشكل معقول مع نطاقات درجة الحرارة لهذين النوعين. وبالتالي ، لجعل استجابة الهروب في أسرع وقت ممكن ، لوليجو الأنواع لديها المزيد زNa في محاورها لتعويض البيئة الباردة نسبيًا. من المهم أن نلاحظ ، مع ذلك ، أنه لا يوجد تعويض واضح للمعدل داخل الجنس لوليجو، على الرغم من أن الأنواع المستخدمة في هذه الدراسة تغطي نطاقًا كبيرًا من درجة حرارة الموائل. دراسة سابقة باستخدام اثنين لوليجو الأنواع ، التي افترضت حدوث تغيير في منحدر سرعة التوصيل عكس كانت علاقة درجة الحرارة هي التكيف مع درجة الحرارة (ايستون وسوينبيرج ، 1975). في دراستنا ، عند درجات حرارة أعلى من 7 درجات مئوية ، لا يوجد دليل على حدوث تغيير في منحدر سرعة التوصيل عكس ملكية درجة الحرارة. أعضاء الجنس لوليجو لا توجد عادة تحت درجة الحرارة هذه.

في الوقت الحاضر ، نعتبر الخصائص الفسيولوجية المحددة في هذه الدراسة مرشحة معقولة للتكيف مع درجة الحرارة. ستساعد التحقيقات المماثلة التي تستخدم المزيد من الممثلين داخل عائلة Loliginidae في توضيح المشكلة. هذه النتائج مثيرة للاهتمام في ضوء الاهتمام الكبير الذي أولي لنظرية التكيف مع الزوجة المثلي (Macdonald ، 1988 Sinensky ، 1974). لا توجد بيانات مقارنة لزوجة دهون الغشاء في المحور العصبي العملاق ، ومع ذلك ، من المتوقع أن يؤثر التكيف المثلي اللزوجي على معدلات بوابة القناة الأيونية. تشير هذه البيانات إلى أن مستويات التوصيل المطلقة من المرجح أن تكون أهدافًا للتكيف. ومع ذلك ، يجب قياس حركية تعطيل قناة Na + وإلغاء تنشيطها. بالنسبة لهذه الدراسات وغيرها ، يظل محور الحبار العملاق نظامًا ممتازًا لدراسة التكيف مع درجة الحرارة في الأعصاب.


نموذج رياضي للنبضات العصبية على المستوى الجزيئي

تم بناء نموذج للغشاء المحوري الذي يحتوي كأحد مبادئه التوجيهية على تكامل وتوسيع أفكار مدرسة Hodgkin-Huxley ومدرسة Nachmansohn ، استنادًا إلى نظرية Bass-Moore alkalosis [3] والاعتماد على الرقم الهيدروجيني لـ أنشطة الإنزيمات المختارة بشكل مناسب في وسط الغشاء. تم وصف المبادئ الأساسية والمسلمات الأساسية والمعادلات الحاكمة وتطبيقها على حالات توصيل البوتاسيوم الغشائي ز ك وموصلية الصوديوم ز لا تم نقاشها. ال نفس مجموعة من المعادلات لتحديد السيطرة على أنظمة الإنزيم ز ك و ز لا ببساطة عن طريق ترك الوقت الثابت الذي يرتاح به الأس الهيدروجيني للغشاء إلى قيمة الراحة بعد إزاحة مفاجئة لفرق جهد الغشاء يكون محدودًا في المنطقة المسؤولة عن التحكم في ز لا وتكون غير محدودة بشكل فعال في المنطقة المسؤولة عن السيطرة على ز ك ، يظهر كيف يقدم النموذج تفسيرًا للزيادة العابرة المرصودة لـ ز لا وحافظت الزيادة الملحوظة في ز ك تحت استقطاب الجهد المستمر.


المواد والأساليب

نموذج للتوصيل المحتمل للعمل على سطح غشاء محور عصبي

يتم إنتاج جهد الفعل بشكل أساسي في الخلايا العصبية عن طريق تدفق أيونات الصوديوم من السائل خارج الخلية إلى السائل داخل الخلايا من خلال قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي (NaV) (Lai and Jan، 2006 Hu et al.، 2009). يختلف عن الدائرة الكهربائية المغلقة ذات الرصاص المعدني ، حيث يكون حامل الشحنة الكهربائية عبارة عن إلكترونات حرة ، فإن حامل الشحنة الكهربائية في السائل داخل الخلايا هو أيونات إلكتروليت متعددة (على سبيل المثال ، أيونات الصوديوم أو البوتاسيوم أو الكلوريد).

مقاومة الغشاء المحوري (طبقات الدهون الثنائية) أكبر بكثير من مقاومة السائل داخل الخلايا ، وبالتالي ، فإن توصيل بعض أنواع الشحنات الكهربائية داخل طبقات ثنائية الدهون غير واقعي (Naumowicz et al. ، 2003). من المعروف أن الغشاء الداخلي بين الطبقات الدهنية ثنائية الشحنة موجب الشحنة ، بسبب القطبية الجزيئية للفوسفوليبيدات (بيركوفيتش وآخرون ، 2012). ومع ذلك ، فإن هذه المساحة ، التي يقل عرضها عن 1 [نانومتر] ، ضيقة جدًا للسماح للإلكتروليتات (نصف القطر الأيوني حول 100 & # x02013200 [pm]) بالسفر بحرية (جورتوفينكو وأنور ، 2009). في المقام الأول ، تواجه الجزيئات الكارهة للماء بالقرب من بعضها البعض في هذا الفضاء ، وبالتالي ، من غير المرجح أن توجد الإلكتروليتات على مستوى كافٍ داخل هذا الفضاء. بالنظر إلى هذه الحقائق معًا ، في هذا التقرير ، تُعتبر طبقات الدهون الثنائية عوازل وغير قادرة على تحويل العملة الكهربائية داخلها.

مصدر قلق آخر هو ما إذا كانت جسيمات أيون الصوديوم المتدفقة يمكن أن تنتقل مباشرة كحاملات لشحنات كهربائية من قناة NaV إلى القناة التالية أم لا. من المعروف أن سرعة الهجرة الأيونية داخل المحلول بطيئة جدًا ، وعادة ما تكون أقل بكثير من 1.0 [مم / ثانية]. كما هو موضح في القسم التالي ، فإن الفاصل الزمني المسموح به في كل قناة NaV في التوصيل العصبي أقل بكثير من 10 & # x022126 [s] (= 1.0 [& # x003BCs]). يمكن تسريع سرعة الهجرة الأيونية إلى حد ما بواسطة قوة كولوم من أيونات الصوديوم المتدفقة ، ولكن لن يكون ذلك كافيًا لجعل جزيئات الأيونات تنتقل طوال الطريق إلى قناة NaV التالية خلال فترة زمنية قصيرة. وبالتالي ، فإن انتقال إمكانات الغشاء من قناة NaV إلى القناة التالية لن يتحقق من خلال هجرة أيونات الصوديوم المتدفقة إلى القناة التالية ، ولكن عن طريق نقل بعض القوى البعيدة مثل قوة كولوم على طول سطح غشاء محور عصبي.

الفاصل الزمني المسموح به في قناة NaV واحدة

كما هو موضح في قسم لاحق ، من المعروف أن كثافة قنوات NaV على الغشاء المحوري للأعصاب غير المبطنة هي 5 & # x0201350 [قنوات / & # x003BCm 2] (Hu and Jonas ، 2014) مما يشير إلى أن المسافة بين كل من الأعصاب المجاورة قنوات NaV أقل من 0.50 [& # x003BCm]. الآن ، سننظر في العصب غير المصفى بطول محور عصبي يبلغ 10 [سم] (= 10 5 [& # x003BCm]). العدد المقدر لقنوات NaV على خط مستقيم طولي من جسم العصبون إلى المشبك هو على الأقل 2.0 & # x000D7 10 5 [قنوات / خط طولاني]. هنا ، من المعروف أن سرعة التوصيل للأعصاب غير المبطنة بمتوسط ​​حجم قطرها حوالي 1.0 [م / ث] (= 10 6 [& # x003BCm / s]) مما يعني 0.1 [ث] فقط (= 10 2 [مللي ثانية] ]) ستكون مطلوبة للسفر عبر محور عصبي بطول 10 [سم]. بناءً على هذه المقدمات ، يُحسب الوقت المنقضي في كل موقع لقناة NaV على الخط الطولي ليكون أقل من 10 & # x022126 [s] (= 10 & # x022123 [ms] = 1.0 [& # x003BCs]).

كما نعلم ، يتطلب الأمر أكثر من 10 & # x022121 [مللي ثانية] لغشاء محور عصبي لتوليد جهد فعل من صعود إمكانات الغشاء (Platkiewicz and Brette ، 2010). بناءً على هذه الحقائق ، فإن الجزء الأكثر تقدمًا من نوع من المنشطات الموصلة للأعصاب هو بالفعل مسافة طولية تزيد عن 100 [قناة] بعيدًا عن قناة NaV محددة عندما يتم إنشاء كمية كافية من الموصلية الأيونية وإمكانات العمل حول القناة. هذا يعني أن التوصيل بشكل ما ، والذي يمكن أن يؤدي إلى فتح قنوات NaV ، يمر في وقت أبكر بكثير من توليد جهد فعل في كل موقع لقناة NaV. تشير هذه النتيجة غير المتوقعة إلى أن انتشار التوصيل العصبي يحدث دون توليد جهد فعل.

بناءً على هذه النتائج ، في هذا التقرير ، نفترض نموذجًا موصلًا جديدًا يركز على الهجرة الأيونية بناءً على قوة كولوم داخل المحور العصبي من وجهة نظر مختلفة عن نموذج الدائرة المكافئة التقليدية.

توليد القدرة على العمل

في نظرية الكابلات التقليدية ، يمكن حساب إمكانات الغشاء عند إحداثيات ووقت معينين على الغشاء بواسطة المعادلة (1). ومع ذلك ، كما وصفنا أعلاه ، لا توجد خيوط معدنية فعلية تنتشر عبر الأسطح الداخلية والخارجية للأغشية المحورية. يعد نموذج الدائرة المكافئة ونظرية الكابلات نظريات رائعة ورائعة حقًا كنموذج لشرح ظاهرة جهد الفعل والتوصيل العصبي. ولكن في المواقع الفعلية للسطح الداخلي للمحاور ، لا توجد دائرة معدنية مغلقة يتم فيها تحقيق قانون أوم & # x00027s وقانون كيرشوف & # x00027. في الموقع الفعلي ، في ظل حالة الاستقرار مع عدم نقل الشحنة الصافية عبر الغشاء ، يمكن حساب إمكانات الغشاء بواسطة معادلة باستخدام تدرج التركيزات الأيونية على طول الغشاء المحوري على النحو التالي ، والمعروف باسم Goldman-Hodgkin-Katz (GHK ) معادلة الجهد (Goldman، 1943 Delamere and Duncan، 1977).

(F: ثابت فاراداي ، R: ثابت الغاز المثالي ، T: درجة الحرارة في كلفن ، صأيون: نفاذية كل أيون ، [أيون]في: التركيز داخل الخلايا لكل أيون ، [أيون]خارج: التركيز خارج الخلية لكل أيون).

على الرغم من أن هذه المعادلة لا تصمد عند كسر الحالة المستقرة ، مثل حالة جهد الفعل ، فإن نقل الأيونات مثل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم يحدث في إنتاج جهد الفعل. بعد تدفق أيونات الصوديوم إلى قناة NaV محددة ، يلزم التغيير الفعلي للتركيز الأيوني حول قناة NaV التالية لجعل إمكانات الغشاء حول قناة NaV التالية تتجاوز عتبة إمكانات الغشاء لتحريك فتح قناة NaV التالية ( Platkiewicz and Brette، 2010 Carter et al.، 2012). هذا هو أحد المبادئ الأساسية والثابتة في توليد إمكانات الفعل ، ولكن لا يمكن أن ينعكس بالكامل في النظريات التقليدية القائمة على قانون أوم & # x00027s وقانون كيرشوف & # x00027s.

كما تم وصفه من قبل ، في المواقع الفعلية على غشاء محوري ، لا يتم نقل الشحنات الكهربائية من قناة NaV إلى الأخرى عن طريق نقل جزيئات الأيونات أو الإلكترونات الحرة على طول الطريق إلى قناة NaV التالية ، ولكن عن طريق نقل القوى البعيدة مثل قوة كولوم من كتلة تدفق أيونات الصوديوم إلى الأيونات حول قناة NaV التالية. بدون تغيير تدرج التركيزات الأيونية عبر الغشاء في قناة NaV التالية ، على الأقل حول قناة NaV فقط ، لن يتحقق توليد التغيير المحتمل حول قناة NaV التالية أو فتح قناة NaV التالية.

هذه العلاقة هي مبدأ مهم وأساسي ، لم يتم النظر فيه بشكل كامل في نماذج التوصيل التقليدية. في هذه الورقة ، على أساس هذه العلاقة ، سوف نركز على ما ستفعله قوة كولوم من كتلة أيونات الصوديوم المتدفقة في قناة NaV لجزيئات الأيونات البعيدة حول قناة NaV التالية.

قوة كولوم والهجرة الأيونية حول قناة NaV التالية

يمكن اعتبار السرعة الأولية للتدفق الأيوني من قناة NaV خلال فترة قصيرة جدًا أقل من أول 1.0 [& # x003BCs] ، وهو الحد المسموح به للفترة الزمنية في قناة NaV واحدة كما هو موضح في المعادلة (2) ، ثابتًا تقريبًا ، لأن التنافر الإلكتروستاتيكي من أيونات الصوديوم التي تم نقلها سابقًا إلى أيونات الصوديوم المتدفقة لاحقًا عبر قناة NaV يمكن تجاهله خلال فترة زمنية قصيرة جدًا (Ohshima and Kondo، 1987 Chung and Kuyucak، 2002). وبالتالي ، نحدد مقدار الشحنة الكهربائية لتدفق أيون الصوديوم في قناة NaV محددة خلال فترة زمنية قدرها 1.0 [ns] (= 10 & # x022123 [& # x003BCs]) في أول 1.0 [& # x003BCs] باعتباره ثابت & # 43س1 [ج]. بعد ذلك ، يتم نقل الكمية الإجمالية من أيونات الصوديوم عبر قناة NaV داخل القناة الأولى ر1 يمكن وصف [ns] على النحو التالي.

بعد ذلك ، نحدد الشحنات الأولية للكاتيونات أحادية التكافؤ والأنيونات على أنها ثابت & # x000B1ه [C] (& # x022481.602 & # x000D7 10 & # x0221219 [C]). نظرًا لأن الهجرة الأيونية داخل السائل بطيئة جدًا ويمكن تجاهلها تقريبًا خلال فترة قصيرة من التوصيل العصبي ، يمكننا تجاهل حجم الكتلة المتدفقة لأيون الصوديوم من قناة NaV واحدة ، مقارنة بالمسافة من قناة NaV إلى الأخرى. ثم ، القيم المطلقة لقوى كولوم من كتلة أيونات الصوديوم المتدفقة (جواً من 0 [ns] إلى ر [ns]) لكل من الكاتيونات والأنيونات حول قناة NaV التالية ، وهي ص [م] بعيدًا عن قناة NaV السابقة ، يمكن وصفه على النحو التالي.

هنا ، توجد معادلة على النحو التالي توضح سرعة الهجرة الأيونية والتدفق الأيوني (ي) لمنطقة معينة في فترة زمنية محددة داخل سائل (تيوريل ، 1935). تنعكس نسبة الجزيئات الأيونية وجزيئات الماء في قيمة الحركة المولية (& # x003C9) والتركيز الأيوني (ج).

(& # x003C9: الحركة المولية ، C: التركيز الأيوني ، F: القوة الدافعة لكل جرام أيون)

بناءً على (6) و (7) ، قوة كولوم لكل أيون (F [N]) على مسافة محددة من كتلة جسيمات أيون الصوديوم المتدفقة تتناسب مع ر [ns] إذن ، جنبًا إلى جنب مع (9) ، تكون العلاقة التالية صحيحة.

حركة أيونية على طول غشاء المحور

يُنظر إلى تركيز الأيونات في السائل داخل الخلايا تقريبًا على أنه متجانس في جميع أنحاء المحور. يتم الحفاظ على توازن الشحن بين الكاتيونات والأنيونات ، حتى في حالة جهد الفعل ، ولا يتم شحن الأكسوبلازم إجمالاً بقوة كهربائية (Kurbel ، 2008).

ولكن ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، تختلف نسبة الكاتيون إلى أنيون داخل الأكسوبلازم بناءً على المسافة من السطح الداخلي لغشاء محور عصبي. من المعروف أن الطبقة المكثفة بأنيون على السطح الداخلي لغشاء المحور العصبي مقيدة فقط في حدود 1 & # x020132 [نانومتر] من السطح الداخلي ، والمعروف باسم & # x0201CDebye length & # x0201D (Quinn et al.، 1998 Bulai et al.، 2012) (الشكل 2). هذه الأنيونات الموجودة على طول ديباي من السطح الداخلي للغشاء ستجذبها قوة كولوم من أيون الصوديوم المتدفق. إن الكثافة العالية لجزيئات الماء ، التي يقوم بعضها بترطيب الأنيونات ، كما أن العصابات الأيونية التي تحتوي على الكاتيونات من شأنها إبطاء الهجرة الأيونية للأنيونات إلى حد ما. ومع ذلك ، فإن الطبقة الأفقية كثيفة الأنيونات داخل طول ديباي من سطح الغشاء بشكل إجمالي ستجذبها قوة كولوم وتخلق تدفقًا مائعًا نحو كتلة أيونات الصوديوم المتدفقة حول قناة NaV السابقة.

الشكل 2. الأيونات وجزيئات الماء على طول السطح الداخلي لغشاء محور عصبي. ضمن طول ديباي (1 & # x020132 [نانومتر]) من السطح الداخلي لغشاء محور عصبي ، يتم توزيع الأنيونات بكثافة وبالتالي يتم شحن هذه الطبقة سلبًا إجمالاً ، باستثناء أن الكاتيونات تزدحم حول قنوات NaV التي لها شحنة سالبة على سطحهم. يتكون المحور المحوري من طول ديباي من السطح من كمية متساوية تقريبًا من الأنيونات والكاتيونات ، وبالتالي ، فإن المحور المحوري من طول ديباي غير مشحون كهربائيًا بشكل إجمالي. الاختصار: NaV ، قناة أيون الصوديوم ذات الجهد الكهربائي.

هنا ، هناك استثناء حول ظروف ازدحام الأنيون على السطح الداخلي لغشاء محور عصبي. عادةً ما يكون للقنوات الكاتيونية شحنات سالبة على أسطحها ، والتي يجب أن تنتج فائضًا من الكاتيونات بالقرب من السطح الداخلي للغشاء المحوري حول قنوات NaV (داني ، 1986 Cukierman et al. ، 1988 Miedema ، 2002).

الآن ، نحن نفكر في الموقف عندما تتدفق كتلة من جزيئات أيون الصوديوم عبر قناة NaV من السائل خارج الخلية إلى البلازم المحوري (الشكل 3). كما هو مبين في الشكل ، يؤثر الجزء الأكبر من أيونات الصوديوم المتدفقة على الأيونات المشحونة في كاتيونات الأكسوبلازم ستتلقى قوى تنافر وستتلقى الأنيونات قوى جذابة. بسبب هذا الاتجاه العكسي لقوة كولوم بين الأنيونات والكاتيونات ، فإن نسبة الكاتيون إلى أنيون ضمن طول ديباي في المساحة المحدودة حول قناة NaV التالية ستتغير بشكل كبير بواسطة قوة كولوم من تدفق أيون الصوديوم. إذا تجاوز المجموع التراكمي لقوة كولوم الحد الأدنى وتم تغيير البيئة الأيونية حول قناة NaV التالية بشكل كافٍ ، فإنه يتسبب في حدوث تغيير توافقي في بنية قناة NaV التالية ويؤدي إلى فتحها. يمكن توضيح انتشار الخط الأمامي لهذه العتبة الدنيا في قوة كولوم كما هو موضح في الشكل 4. كما هو موضح لاحقًا ، تختلف قوة عتبة كولوم لتحريك فتح قناة NaV التالية بناءً على كثافة القناة ، بمعنى آخر ، بناءً على مسافة قناتين متجاورتين NaV.

الشكل 3. الهجرة الأيونية بقوة كولوم من تدفق أيونات الصوديوم. عندما يتم تكوين كتلة من أيونات الصوديوم حول قناة NaV في عملية توليد جهد فعل ، فإن الأيونات الموجودة في المحور المحوري ستتلقى قوة كولوم جذابة أو مثيرة للاشمئزاز من الكتلة. ضمن طول ديباي ، لن تتغير الشحنة الكهربائية في كل موقع ، باستثناء المسافة الدقيقة حول NaV التالي ، حيث تتكدس الكاتيونات حول السطح المشحون سالبًا لـ NaV. الاختصارات: dQ ، تغير طفيف في كمية الشحنات الكهربائية المتدفقة dt ، فترة زمنية قصيرة جدًا NaV ، قناة أيون الصوديوم ذات الجهد الكهربائي.

الشكل 4. انتشار خط عتبة قوة كولوم لتحريك فتح NaV التالي. كلما اقتربت الشحنات الكهربائية ، زادت قوة كولوم بينهما. وبالتالي ، فإن جسيمات الأيونات القريبة من كتلة أيونات الصوديوم المتدفقة تتلقى قوة كولوم أقوى من جسيمات الأيونات البعيدة عن الكتلة. يتسع خط العتبة الأمامية لقوة كولوم لتحريك فتح NaV التالي مع زيادة أيونات الصوديوم المتدفقة بمرور الوقت. اختصار: جد، كثافة قناة قناة أيون الصوديوم ذات الجهد الكهربائي على الغشاء.

حجم المحاور

من المعروف عمومًا أن أقطار المحاور العصبية في الأعصاب غير المبطنة أصغر من تلك الموجودة في الأعصاب النخاعية (Ikeda and Oka ، 2012). عادةً ما يكون قطر المحور العصبي في الأعصاب غير الملقحة هو 0.2 & # x020131.2 [& # x003BCm] (ريتشي ، 1982). في هذه الدراسة ، يوصف قطر المحور العصبي بـ & # x0201Cد& # x0201D [& # x003BCm] ، والذي يتراوح بين 0.2 و 1.2. باستخدام هذا المتغير ، يمكن وصف محيط المقطع العرضي ومنطقة المحور العصبي على النحو التالي.

بناءً على (11) و (12) ، إذا تم قطع المحور العصبي بطول إل [& # x003BCm] ، يمكن وصف منطقة غشاء الخلية والحجم داخل الخلايا للمقطع المحوري المقطوع على النحو التالي.

نسبة الأيونات داخل الخلايا وتدفق أيون الصوديوم

من المعروف أن سعة الغشاء تدور حول القيمة المذكورة أدناه (Gentet et al. ، 2000 Golowasch et al. ، 2009).

وبالتالي ، لإنتاج جهد كهربائي قدره 100 [mV] (= 0.1 [V]) على غشاء محور عصبي بمساحة & # x003C0DL [& # x003BCm 2] (محور عصبي مع إل [& # x003BCm] في الطول ، د بقطر [& # x003BCm]) ، إجمالي كمية & # x003C0DL & # x000D7 10 & # x0221215 [C] من الشحنة الكهربائية يجب نقلها من السائل خارج الخلية إلى السائل داخل الخلايا.الشحنة الكهربائية لجسيم واحد من الكاتيون أحادي التكافؤ هي 1.602 & # x000D7 10 & # x0221219 [C] وبالتالي ، لإنتاج جهد فعل ، يجب نقل الحد الأدنى من العدد التالي من جسيمات أيون الصوديوم.

هنا ، تبلغ التركيزات المعتادة لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم داخل الخلايا حوالي 15 [ملي مكافئ / لتر] و 140 [ميلي مكافئ / لتر] ، على التوالي. يمكن تقدير عدد جسيمات الكاتيون داخل الخلايا (الصوديوم والبوتاسيوم) بنفس طول محور عصبي قبل تدفق أيونات الصوديوم بالمعادلات التالية ، باستخدام ثابت أفوجادرو 6.02 & # x000D7 10 23 [مول & # x022121]:

وبالتالي ، فإن نسبة تدفق جسيمات أيون الصوديوم إلى جسيمات الكاتيون داخل الخلايا قبل التدفق الداخلي هي كما يلي:

توضح هذه النسبة أن عدد جسيمات الكاتيون داخل الخلايا الموجودة أصلاً قبل تدفق الصوديوم أكبر بكثير من عدد جسيمات أيون الصوديوم التي تنتج جهد الفعل ، أي أكثر من 1000 مرة من تدفق الصوديوم ، وهذا يشير إلى أن تدفق الصوديوم عبر قناة NaV لن يغير بشكل كبير تركيز الكاتيونات داخل الخلايا. بناءً على هذه النتيجة ، في هذه الدراسة ، نتجاهل تأثير قوة كولوم من أيونات الصوديوم المتدفقة على جوانب مختلفة من غشاء المحور العصبي ، ونركز فقط على كل زوج من قناتين NaV متجاورتين طوليًا.

كثافة ومسافة قنوات أيون الصوديوم على غشاء محور عصبي

من المعروف أن كثافة قنوات NaV في الأعصاب غير المبطنة هي 5-50 [قنوات / & # x003BCm 2] ، وتختلف بشكل أساسي اعتمادًا على المسافة من تل المحوار ، جذر محور عصبي (Hu and Jonas ، 2014). للراحة ، في هذه الدراسة ، تعتبر كثافة القناة في أحد المحاور ثابتة. هنا ، نحدد كثافة القناة لقنوات NaV على غشاء محور عصبي على النحو التالي جد.

لوصف المسافة من قناة NaV واحدة إلى قناة NaV التالية رياضيًا على الجانب البعيد (المحيطي) ، نطبق نموذجًا تتماشى فيه قنوات NaV بشكل دائري على مقطع عرضي واحد لمحور عصبي ، معبرًا عنها بـ & # x0201CNaV قناة خط & # x0201D مع تشكيل الحلقة. بعد ذلك ، يمكن وصف المسافة من خط قناة واحد إلى خط القناة المجاور التالي على النحو التالي (الشكل 5).

الشكل 5. مخطط مفهوم كثافة قناة NaV وتوزيعها على الغشاء المحوري. عندما تكون كثافة قنوات NaV جد [القنوات / & # x003BCm 2] ، يمكن وصف مسافة خط قناة NaV المجاور من خط قناة واحد على أنها 1 / C d [& # x003BCm]. في هذا التقرير ، للراحة ، قمنا بتكييف نموذج لخط قناة & # x0201CNaV & # x0201D ، بالتوازي مع المقطع العرضي للمحاور ، واعتبرنا محورًا كومة من خطوط القناة هذه. جد، كثافة قناة NaV [القنوات / & # x003BCm 2] D ، قطر المحوار [& # x003BCm] NaV ، قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي راديان ، راديان.

العلاقة النظرية بين القطر المحوري (د) وكثافة قناة NaV (جد) سيتم مناقشتها لاحقًا.

على المقطع العرضي لخط قناة NaV واحد لمحور مع د [& # x003BCm] (0.2 & # x02264 د & # x02264 1.2) في القطر ، يمكن وصف عدد قنوات NaV والزاوية المركزية المكونة من قناتي NaV المجاورتين على النحو التالي.

سرعة التوصيل

يمكن وصف التوصيل العصبي في الأعصاب غير المبطنة نظريًا على أنه تكامل الإرسال المستمر لإمكانات الفعل ، والذي يتحقق من خلال التغيرات في التركيزات الأيونية حول قنوات NaV ، من قناة NaV إلى الأخرى. وبالتالي ، يمكن حساب متوسط ​​الفترة الزمنية التي يستغرقها التوصيل العصبي على طول مسافة معينة من خلال متوسط ​​الفاصل الزمني من فتح قناة NaV واحدة إلى فتح قناة NaV المجاورة التالية (رملاصقة) مضروبًا في عدد خطوط القناة الموجودة على طول المسافة المحددة.

في هذه المعادلة ، أقواس الزاوية (& # x0003C & # x0003E) تعني متوسط ​​وقت المحتوى.

العلاقة النظرية بين قطر المحور وكثافة القناة

حتى الآن ، لم تكن هناك دراسة توضح العلاقة بين القطر المحوري (د) وكثافة القناة (جد). في هذا التقرير ، سنقدر نظريًا العلاقة بناءً على الشروط التالية.

(1) نظرًا لعدم وجود عضية داخل المحاوير ، يتم ترجمة بروتين NaV في الجسم العصبي ثم يتم نقله بواسطة بروتين كينيسين على سكة الأنابيب الدقيقة في محور عصبي.

(2) كما هو معروف سابقًا ، تتناسب أعداد الأنابيب الدقيقة في المحاور مع منطقة المقطع العرضي المحوري [& # x003BCم 2]. (هوفمان وآخرون ، 1985 إتورياجا ، 1985).

(3) يتم التعبير عن كميات كافية من قنوات NaV في الجسم العصبي في حالة طبيعية ، بحيث لا يؤثر معدل التعبير الجيني أو يتحكم في معدل نقل قناة NaV إلى الجانب الصادر.

في حالة توازن كثافة القناة ، يكون معدل استيراد قناة NaV وانهيار قناة NaV متساويين في منطقة معينة من غشاء المحور [& # x003BCm 2]. بناءً على الشرط الثالث ، يمكن أن يتناسب العدد الإجمالي لقنوات NaV المستوردة داخل المحور العصبي مع عدد الأنابيب الدقيقة داخل المحور العصبي. بناءً على هذه المقدمات ، سننظر في العلاقة النظرية بين قطر محور عصبي وكثافة القناة.

افتراضات أخرى

في نموذج هذا التقرير ، والذي يركز بشكل أساسي على العلاقة بين القطر المحوري وسرعة التوصيل ، عوامل أخرى غير القطر المحوري (د) وكثافة القناة (جد) ، مثل درجة الحرارة ، وكثافة قنوات أيون الصوديوم على غشاء الخلية ، ومقاومة الألياف الداخلية ، وسعة الغشاء لكل وحدة مساحة ، أو مقاومة مساحة الوحدة للغشاء في حالته المثارة) اعتُبرت ثابتة ، بغض النظر عن قطر المحور ( ماتسوموتو وتاساكي ، 1977).


مناقشة

لقد بحثنا في الآليات الأيونية في محور DCMD الذي يسمح بنقل تردد عالي & # x02010 ويظهر وجود تيار يقصر مدة AHP. تشير النمذجة الحسابية إلى أن تقصير مدة AHP يمكن أن يزيد من دقة التردد العالية وسرعة التوصيل.

تأثيرات الكاتيونات ثنائية التكافؤ على تيار الصوديوم العابر

كانت تأثيرات الكاتيونات ثنائية التكافؤ على زمن الصعود ومنحدر الارتفاع الأقصى تدل على تعديل تيار الصوديوم العابر. يمكن أن ينشأ هذا من تأثير فحص الشحنة السطحية حيث تربط الكاتيونات ثنائية التكافؤ الشحنات السطحية السالبة على غشاء البلازما أو القناة الأيونية ، مما يؤدي إلى تشويه المجال الكهربائي المحلي (Frankenhaeuser and Hodgkin 1957 Hille et & # x000a0al. 1975). يمكن أن يقلل هذا من فرق الجهد عبر القناة ، مما يؤدي إلى إبطاء خصائص البوابة وتقليل التيار الذي يتم إجراؤه بواسطة القناة الأيونية. يمكن أن تتفاعل الكاتيونات ثنائية التكافؤ أيضًا بشكل مباشر مع بوابة التنشيط لقناة الصوديوم العابرة ، مما يؤدي إلى إبطاء تنشيطها أيضًا (Gilly and Armstrong 1982b). قد يفسر فحص الشحن السطحي والتباطؤ المباشر لبوابة التنشيط زيادة وقت الارتفاع الذي لاحظناه في DCMD. قد يفسرون أيضًا سبب فشل التوصيل على مدى التعرض الطويل لأن تراكم الكاتيونات ثنائية التكافؤ أعاق بوابة التنشيط مما تسبب في النهاية في كتلة التوصيل. من المحتمل أن يكون تعديل تيار الصوديوم العابر هو السبب الرئيسي لانخفاض الكاتيون ثنائي التكافؤ في السيرة الذاتية لأن السيرة الذاتية تعتمد بشكل كبير على قنوات الصوديوم العابرة النشطة (Carp et & # x000a0al. 2003 De Col et & # x000a0al.2008). أظهر نموذجنا انخفاضًا كبيرًا في السيرة الذاتية بعد فحص 10 & # x000a0mV لتيار الصوديوم الذي يدعم هذه النظرية ، ويوفر الحذر لدراسات السيرة الذاتية المحورية التي تنطوي على تغييرات كبيرة (

مليمول / لتر) لتركيزات الكاتيون ثنائي التكافؤ خارج الخلية. ومع ذلك ، يشير نموذجنا أيضًا إلى دور لتيارات الصوديوم المستمرة أو المتجددة التي يمكنها ضبط ارتفاع & # x02010frequency CV.

قد تكون الاختلافات بين تأثيرات الكادميوم في الغرفة ودرجة الحرارة المرتفعة تضخيمًا لتأثير الغربلة من خلال مقياس درجة حرارة حركية القناة. يتم قياس حركية القناة بشكل غير خطي مع درجة الحرارة (للمراجعة ، انظر Robertson and Money 2012) ويمكن أن تزيد معدلات القناة بعامل 2.5 & # x020134.2 مرة على مدى درجة الحرارة التي استخدمناها (بافتراض Q10 من 2 & # x020133 ، على التوالي). يتم بعد ذلك تضخيم التحولات في منحنيات التنشيط الناتجة عن غربلة الكاتيون ثنائي التكافؤ بواسطة مقياس درجة الحرارة ، مما ينتج عنه تأثير أكبر عند درجات حرارة أعلى. قد يفسر هذا أيضًا سبب احتياج تجارب درجة حرارة الغرفة إلى تعرض أطول ، لتجميع الكاتيونات ثنائية التكافؤ الكافية لملاحظة تأثير الفحص.

زيادة السيرة الذاتية في الكالسيوم & # x02010 محلول ملحي

هناك عدة تفسيرات لكيفية إزالة وإضافة الكالسيوم خارج الخلية يمكن أن يزيد ويقلل من السيرة الذاتية ، على التوالي. باعتباره كاتيون ثنائي التكافؤ ، قد يقوم الكالسيوم بفحص قنوات الصوديوم العابرة ، وقد يؤدي إزالتها إلى زيادة السيرة الذاتية. على الرغم من أننا حاولنا التحكم في هذا التأثير باستخدام المغنيسيوم كأيون بديل ، فإن المغنيسيوم يميل إلى أن يكون أقل قوة من الكاتيونات ثنائية التكافؤ الأخرى ، بما في ذلك الكالسيوم ، في ربط الشحنات السطحية السالبة والفحص (Hille et # x000a0al. 1975 Hanck and Sheets 1992). بالنظر إلى كيف يمكن أن يختلف حجم تأثير الفرز عبر الكاتيونات ثنائية التكافؤ المختلفة ، سيكون من الصعب موازنة تأثيرات الفحص بدقة.

قد يكون تأثير الكالسيوم أيضًا من خلال قناة البوتاسيوم المعتمدة على الكالسيوم & # x02010 التي تعمل على زيادة استقطاب إمكانات الغشاء الساكن وبالتالي تقليل السيرة الذاتية. أثناء الإجهاد الحراري ، تتسبب إمكانات الغشاء الساكن لـ DCMD في فرط الاستقطاب (Money et & # x000a0al. 2005) التي قد تكون ناجمة عن قناة الكالسيوم والبوتاسيوم المعتمدة ويمكن أن تفسر سبب عدم وجود تأثير الكالسيوم في درجة حرارة الغرفة. من المعروف أيضًا أن زيادة تركيز الكالسيوم داخل الخلايا تحدث مع ارتفاع درجات الحرارة وتلعب دورًا مهمًا في منح تحمل الإجهاد الحراري عند المشابك في ذبابة الفاكهة (Barclay and Robertson 2003 Klose et & # x000a0al.2008).

على الرغم من أن التلاعب بمحلول ملحي الكالسيوم أثر على أداء DCMD ، إلا أنه لم يقلد تأثيرات الكاتيونات ثنائية التكافؤ على السيرة الذاتية. يمكننا أن نكون متأكدين بشكل معقول من أن الكالسيوم & # x02010free saline قد أزال الكالسيوم من الفضاء خارج الخلية لـ DCMD ، حيث حدثت تأثيرات درجة الحرارة العالية & # x02010 في غضون 20 & # x000a0 دقيقة من التعرض وكانت مستقرة حتى 50 & # x000a0 دقيقة من التعرض السابق. وهذا يتفق مع T & # x02010 قنوات الكالسيوم من النوع وقنوات الكالسيوم & # x02010 النشطة غير الانتقائية (Haj & # x02010Dahmane and Andrade 1997) ليست مسؤولة. علاوة على ذلك ، لا يزال من غير المحتمل أن الكادميوم والنيكل كانا يثبطان تيار مستقبلات عابر (TRP) ، والذي يمكن أن يقصر أيضًا من مدة AHP ، حيث أن معظم الأشكال الإسوية للقناة التي تحمل هذا التيار يمكنها توصيل الكاتيونات ثنائية التكافؤ (Bouron et & # x000a0al. 2015) وهذه الأشكال الإسوية التي لا يمكن تنشيطها عن طريق زيادات الكالسيوم في السيتوبلازم (Launay et & # x000a0al. 2002 Hofmann et & # x000a0al. 2003 Lei et & # x000a0al. 2014). يجب أن تركز التجارب المستقبلية على الاستبعاد الصارم لتيارات الكالسيوم المتضمنة في تقصير AHP عبر حاصرات قنوات الكالسيوم الانتقائية للغاية.

من غير المحتمل أيضًا أن يكون تقصير AHP ناتجًا عن انخفاض في تيار البوتاسيوم الناجم عن الكاتيونات ثنائية التكافؤ. عادةً ما تعدل الكاتيونات ثنائية التكافؤ ثابت وقت التنشيط لقناة البوتاسيوم المتأخرة & # x02010 بدون تأثير كبير على التعطيل (Gilly and Armstrong 1982a Armstrong and Matteson 1986) والذي لا يفسر زيادة AHP. وبالمثل ، مع تيارات البوتاسيوم من النوع A & # x02010 ، تقوم الكاتيونات ثنائية التكافؤ بتحويل منحنيات التعطيل بطريقة إزالة الاستقطاب (Erdelyi 1994) مما يؤدي إلى تقصير AHP ، وليس زيادته. لذلك ، نعتقد أن السبب الأكثر ترجيحًا للكاتيونات ثنائية التكافؤ كان من خلال تيار صوديوم ثابت أو متجدد كما تم وصفه في العديد من المحاور (Stys et & # x000a0al. 1993 Crill 1996 Astman et & # x000a0al. 2006 Kim et & # x000a0al. 2010).

دور لتيارات الصوديوم المستمرة / المنبعثة

تنشأ تيارات الصوديوم المستمرة من قنوات الصوديوم العابرة التي تنفتح أثناء AP وتبقى مفتوحة بعد مرحلة الاستقطاب المفرط لـ AP لأنها تفشل في تعطيل النشاط (Crill 1996). من خلال بقائها نشطة في إمكانات الاستقطاب المفرط ، فإنها توفر إمكانية إزالة الاستقطاب من أجل إطلاق عالي & # x02010 وتكرار (Harvey et & # x000a0al.2006). تحدث تيارات الصوديوم المنبعثة عند إعادة تنشيط قنوات الصوديوم العابرة في وقت متأخر من AP وتظل نشطة في مرحلة فرط الاستقطاب حتى يتم تعطيلها وتشارك أيضًا في إطلاق نار متكرر عالي التردد (Khaliq et & # x000a0al.2003).

في المحاور ، تزيد تيارات الصوديوم المستمرة من استثارة (McIntyre et & # x000a0al. 2002) ، وتؤمن تيارات الصوديوم المتجددة دقة عالية & # x02010 تردد في calyx of Held (Kim et & # x000a0al. 2010). يدعم نموذجنا كلتا الوظيفتين لتيار الصوديوم المستمر والعادي ويقترح آلية محتملة لتقليل الإشارات عالية التكلفة والمرتفعة & # x02010 التي تحدث في DCMD بعد الإجهاد الأيضي. بعد الإجهاد الناجم عن نقص الأكسجين ، يقوم محور DCMD بإجراء عدد أقل وأبطأ من نقاط الوصول المرتفعة & # x02010frequency (Money et & # x000a0al. 2014). ومع ذلك ، في ظل ظروف نقص الأكسجين ، تزداد تيارات الصوديوم المستمرة في الحصين (Hammarstrom and Gage 2000) وأنسجة القلب (Ju et & # x000a0al. 1996) والتي من شأنها أن تزيد من استثارة ، والتي تتعارض مع انخفاض استثارة DCMD أثناء نقص الأكسجة (Money et & # x000a0al. 2014) ). من الممكن أن يتم تنظيم تيارات الصوديوم المستمرة بشكل أكثر إحكامًا في DCMD نظرًا لأنه يمكن أن يتعافى تمامًا من نقص الأكسجين ، في حين أن نسيج الحصين والقلب يعاني من إصابة الخلايا والموت. أيضًا ، يمكن أن تزيد مستويات cAMP المرتفعة من تيارات الصوديوم المستمرة (Nikitin et & # x000a0al. 2006) وقد تكون مسؤولة عن استعادة DCMD للسيرة الذاتية من نقص الأكسجة بعد تطبيق منشط adenylate cyclase (Money et & # x000a0al. 2014).

من سمات الخلايا العصبية ذات التيارات الصوديوم المستمرة والعاودة القدرة على التسبب في نشاط الانفجار. في القشرة المخية الحديثة (van Drongelen et & # x000a0al.2006) ، مجمع pre & # x02010B & # x004e7tzinger (Thoby & # x02010Brisson and Ramirez 2001 Del Negro et & # x000a0al. 2002) ، الحلزون الدماغي (Nikitin et & # x000a0al. 2006) Opdyke و Calabrese 1994) ، تكمن تيارات الصوديوم المستمرة وراء الانفجار الداخلي والشبكي ، بينما تشارك تيارات الصوديوم المتجددة في نشاط انفجار خلايا بركنجي المخيخ (Raman and Bean 1997 Khaliq et & # x000a0al.2003). في DCMD ، يكشف القياس الكمي الدقيق لنشاطه استجابةً لمحفز بصري يلوح في الأفق عن انفجار قوي عالي التردد يزداد مع اقتراب التحفيز البصري (McMillan and Gray 2015). من الممكن أن يسمح تيار صوديوم مستمر أو متجدد بالانتقال المخلص للدفعات العالية & # x02010 من قبل DCMD من LGMD إلى شركائها بعد المشبكي. يُلاحظ توليد الاندفاع بشكل شائع في المسارات الحسية كوسيلة لتعزيز الإشارة و # x02010 إلى & # x02010 نسبة الضوضاء عند نقاط الاشتباك العصبي ، مما يتسبب في إطلاق أكبر للناقل العصبي (Krahe and Gabbiani 2004) ، والذي يتجلى في محور DCMD ، مثل العديد من نقاط الوصول العالية & # x02010frequency مطلوب لاستنباط نشاط في post & # x02010synaptic interneuron (Santer et & # x000a0al.2006). من أجل انفجار الخلايا العصبية التي تتطلب نقلًا عالي الدقة & # x02010 للدفقات العالية & # x02010 ، بما في ذلك الخلايا العصبية الداخلية للمرحلة المهادية (Steriade et & # x000a0al. 1993) والخلايا العصبية السمعية للكريكيت (Marsat and Pollack 2006) ، تشير بياناتنا إلى أن تقصير AHP يمكن أن يزيد السيرة الذاتية العالية & # x02010frequency نقاط الوصول التي قد تساعد في الحفاظ على الدقة أثناء & # x02010 انفجار التردد العالي. أيضًا ، نحن أول من أظهر ، على حد علمنا ، أن تيار الصوديوم المستمر أو المنبعث يمكن أن يقلل من التوصيل غير الطبيعي لنقاط الوصول عالية التردد في نموذج حسابي ، مما يحافظ على الدقة الزمنية داخل مجموعة من نقاط الوصول أثناء الإرسال . قد تلقي هذه النتائج الحسابية الضوء على الدور الوظيفي لتيارات الصوديوم المستمرة أو المنبعثة في النماذج المحورية الأخرى بما في ذلك محاور العصب البصري (Stys et & # x000a0al. 1993) وفي كاليكس هيلد (Kim et & # x000a0al. 2010).

ADP والإجهاد الحراري

على الرغم من أننا لم نظهر أن المسؤول الحالي عن تقليل AHP متورط في تكوين ADP عند درجة حرارة عالية في DCMD ، فإن النمذجة الحسابية لدينا تشير إلى أن هذا ممكن. إذن ما هو الدور الوظيفي لـ ADP & # x02010 الذي يسبب التيار عند درجة حرارة عالية في DCMD؟ في محوار DCMD ، تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض في الاستثارة التي يمكن تفسيرها من خلال فرط الاستقطاب المصاحب للغشاء ، حيث زاد الحجم للوصول إلى عتبة بدء AP (Money et # x000a0al.2005). في الحرارة & # x02010 الحيوانات المصابة بالصدمة يكون فرط الاستقطاب في درجات حرارة عالية أكبر من الحيوانات الضابطة ، ومع ذلك ، فإنها تظهر زيادة في استثارة الغشاء (Money et & # x000a0al.2005). قد يكون فرط الاستقطاب آلية وقائية من الإجهاد الحراري حيث تتعرض الحرارة والجراد المصاب للصدمة للحرارة وفشل التوصيل الناتج في DCMD عند درجات حرارة أعلى (Money et # x000a0al.2009). يحدث فشل التوصيل الناجم عن الحرارة & # x02010 مع زيادة مفاجئة في البوتاسيوم خارج الخلية (Money et & # x000a0al. 2009) وقد يكون بسبب عدم تطابق درجة الحرارة بين النشاط العصبي وآليات تصفية البوتاسيوم (Robertson and Money 2012). Hou et & # x000a0al. (2014) وجد أن العقد الصدرية للجراد تزيد من عدد Na + / K + ATPase في أغشية البلازما العصبية بعد الحرارة وصدمة # x02010 ، على الأرجح لتحسين إزالة البوتاسيوم. هذا يمكن أن يفسر زيادة فرط الاستقطاب في DCMD بعد الحرارة & # x02010 صدمة إذا زاد المحور العصبي من عدد Na + / K + ATPase في غشاء البلازما. يوفر ADP ، الذي تم تحسينه في الحرارة & # x02010 الحيوانات المصابة بالصدمة (Money et & # x000a0al. 2005) ، إزالة الاستقطاب مؤقتًا لزيادة استثارة نقاط الوصول المرتفعة & # x02010 ، كما توقع نموذجنا (الشكل & # x000a0 5 E) ، والذي تحفيز استجابات الهروب (Santer et & # x000a0al. 2006 Fotowat et & # x000a0al. 2011) دون المساس بالتأثير الوقائي لفرط الاستقطاب. يجب أن تحدد التجارب المستقبلية ما إذا كان ADP يعدل & # x02010frequency السيرة الذاتية العالية لمحور DCMD وإذا كان الأمر كذلك ، في أي نطاق تردد.

قيود النموذج

مثل جميع النماذج الحسابية ، فإن نماذجنا لها العديد من القيود ، بما في ذلك عدم وجود بيانات الفيزيولوجيا الكهربية التي تميز تيارات الصوديوم أو البوتاسيوم أو التسرب في DCMD. يتم تشويه البيانات الحركية للقناة للمحاور الكبيرة بواسطة المشابك الفضائية غير المكتملة بينما يمكن أن ينتج عن تركيب حركيات القناة بواسطة شكل الموجة AP مجموعات لا نهاية لها (Sengupta et & # x000a0al. 2010). أيضًا ، يفترض النموذج هندسة شعاعية ثابتة لـ DCMD ، وهو غير صحيح ، حيث تحدث نقاط الاستدقاق والفرع في جميع أنحاء المحور العصبي (O'Shea et & # x000a0al. 1974). ومع ذلك ، نشعر أن تأثيرات كلا الحدين ضئيلة لأننا كنا مهتمين أكثر بدور AHP في التوصيل بدلاً من الوصف الدقيق لمحور DCMD. أيضًا ، امتدت نتائجنا لتيار الصوديوم المستمر إلى نموذجين مختلفين بنتائج مماثلة. قيد آخر في النموذج هو إنتاج ADP. على الرغم من تشابهها في الحجم مع ADP الذي وصفه Money et & # x000a0al.(2005) ، فإنه يتحلل بشكل أسرع ، والذي يمكن أن يعزى إلى قصر الوقت الثابت لتيار الصوديوم المستمر والعادي. من خلال زيادة ثابت الوقت ، يمكننا زيادة مدة نشاط تيار الصوديوم المستمر أو المنبعث ، وبالتالي زيادة الدورة الزمنية لـ ADP. ومع ذلك ، لم يتم إجراء هذا في دراستنا.

يفترض نموذجنا أيضًا وجود تيار بوتاسيوم واحد على الرغم من تحديد العديد من الأنواع الفرعية لقنوات البوتاسيوم في المحاور (Debanne 2004). ومع ذلك ، نشعر أن تيار بوتاسيوم واحد كافٍ لالتقاط إطلاق عالي التردد في الخلايا العصبية DCMD. نحن نعلم أن النشاط & # x02010 فرط الاستقطاب المعتمد لإمكانات غشاء الراحة للمحور العصبي يساهم بشكل أساسي في Na + / K + ATPase (Money et & # x000a0al. 2014) ، مما يشير إلى أن قنوات BK و SK غائبة. أيضًا ، لاختبار التفاعل المحتمل لتيارات البوتاسيوم البطيئة & # x02010 مع تيار الصوديوم المستمر أو المنبعث ، تم تضمين طراز Connor & # x02013Steven مع تيار بوتاسيوم من النوع A & # x02010 ولا يزال هذا يظهر تأثيرات مماثلة لتيار الصوديوم المستمر والعادي على السيرة الذاتية. علاوة على ذلك ، نظرًا للترددات السريعة التي كنا مهتمين بها (& # x0003e100 & # x000a0Hz بشكل أساسي) قنوات البوتاسيوم ذات الثوابت الزمنية القصيرة سيكون لها أكبر التأثيرات في تشكيل السيرة الذاتية. كالخامس3 قنوات بوتاسيوم لها ثوابت زمنية قصيرة وتساهم في تردد إطلاق عالٍ في الخلايا العصبية الأخرى (Rudy et & # x000a0al. 1999 Rudy and McBain 2001) ، ومع ذلك ، فهي حساسة لـ TEA & # x02010 ولم تجد ملاحظاتنا المنشورة مع TEA في DCMD أي تأثير. على الرغم من أن هذا لا يستبعد جميع قنوات وديناميكيات البوتاسيوم الممكنة ، إلا أن استخدامنا لتيار بوتاسيوم واحد يلتقط التردد & # x02010 التأثيرات المعتمدة على السيرة الذاتية. علاوة على ذلك ، تتوافق نتائجنا مع تيار الصوديوم المستمر أو المنبعث بشكل جيد مع النماذج الأخرى التي تتضمن ديناميكيات البوتاسيوم الأكثر تعقيدًا (D'Angelo et & # x000a0al. 2001 McIntyre et & # x000a0al. 2002 Kim et & # x000a0al. 2010). قد تقوم النماذج المستقبلية من DCMD بتقسيم تيار البوتاسيوم الفردي إلى عدة أجزاء لمراقبة تفاعلاتها مع تيار الصوديوم المستمر والعادي والذي يمكن أن يكون ثاقبًا لتفسير الصدمة الحرارية في الجراد حيث من المعروف أن تيارات البوتاسيوم يتم تقليلها من خلال هذه العملية (Ramirez et & # x000a0al 1999).

ركزت نماذجنا أيضًا بشكل حصري على تيار الصوديوم المستمر أو المنبعث على الرغم من أن العديد من الآليات المختلفة يمكن أن تقصر من AHP. ومع ذلك ، فإن نماذج الأجزاء المتعددة حاليًا مكثفة من الناحية الحسابية ، لذلك ركزنا على الآليات المرشحة التي شعرنا أنها الأكثر منطقية: تيارات الصوديوم المستمرة والعادة. يجب أن تركز عمليات المحاكاة المستقبلية على ما إذا كان يمكن تحقيق تأثيرات مماثلة باستخدام قنوات مماثلة وظيفيًا بما في ذلك تيار الكالسيوم من النوع T & # x02010.


شاهد الفيديو: بغيت نفرحو في عيد زواجنا لولدرت ترقيع البكارة صدق هو مفاجئني بحاجة مكانتش عل البال (أغسطس 2022).