大鼠海马神经元钠离子通道电流的记录与分析

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1、大鼠海马神经元钠离子通道电流的记录与分析摘要：离子通道是生物电活动的基础。自1976年德国的E.Neher和B.Sakmannw创立了膜片钳技术以来使得研究细胞膜上单个离子通道的特性成为可能。膜片钳技术是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一的或者多个离子通道分子活动的技术。l980年以来，由于吉欧姆阻抗的封接方法的确立，此技术被越来越多地应用于细胞研究，点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火。在国内也掀起了一股离子通道的研究热潮。本文主要介绍了运用膜片钳技术测量大鼠海马神经元钠离子通道电流的方法，同时对测量的数据进行了分析处理，实验结果表明：钠离子通道具

2、有电压依赖性，钠通道的激活曲线反映了通道开启的速度非常迅速(几个毫秒)，钠通道的I-V曲线反映了通道的激活过程、阈电位大约-50mV左右、反转电位60mV、内向整流特性等。此实验结果可以做为辐射组细胞的对照组。关键词：海马神经元、钠离子通道、膜片钳技术、全细胞记录模式、I-V曲线引言过去的二十世纪是一个伟大的时代，人类在科学技术方面得到了巨大的发展。人类不再仅仅局限在单一的学科内进行研究，而是将各种学科相互结合，产生了诸如生物物理学、生物化学等交叉学科，取得了巨大的成就。生物电的研究便是其中最重要的成就之一。科学家在很早便注意到了生物组织中存在生物电流的现象，并进行了初步

3、研究与探索。18世纪，电学研究逐渐兴起，Galvani首次在生物体(蛙)上发现了生物电现象。1902年J.伯恩斯坦在他的膜学说中提出神经细胞膜对钾离子有选择通透性。1939年A.L.霍奇金与A.F.赫胥黎用微电极插入枪乌贼巨神经纤维中，直接测量到膜内外电位差。1949年A.L.霍奇金和B.卡茨在一系列工作基础上提出膜电位离子假说，认为细胞膜动作电位的发生是膜对纳离子通透性快速而特异性地增加,称为“钠学说”。尤其重要的是,1952年A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎用电压钳技术在枪乌贼巨神经轴突上对细胞膜的离子电流和电导进行了细致地定量研究，结果表明Na+和K+的电流和电导是膜

4、电位和时间的函数,并首次提出了离子通道的概念【1】。随着电子技术的发展，科学家将微电极技术进行改造，发展出了膜片钳技术。随着膜片钳技术的发展，对离子通道的研究进入了新的阶段。随着研究的深入，科学家发现细胞膜上的离子通道是在生物电的产生和传播中起着重要的作用，它15是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元，它们能产生和传导电信号，具有重要生理功能。离子通道不仅直接与兴奋性相关，并可进一步影响和控制递质释放，腺体分泌、肌肉运动、细胞分裂、生殖、甚至对学习记忆和维持细胞体积恒定及内环境稳定起重要作用。近年来，离子通道结构与功能的研究随着生物化学、分子生物学、药理学的不

5、断创新以及膜生物物理学特别是膜片钳技术的新突破而有了飞速的发展【2】。1.大鼠海马结构及膜片钳技术介绍1.1大鼠海马结构海马结构位于侧脑室下角底内，是种系发生上比较古老而简单的皮质部分，具有一致的组织结构，细胞分层排列，是研究中枢神经系统解剖和生理的可塑性模型。随着种系进化，其相对体积减少，绝对体积增加，在人类达到了最高水平。根据Isaacson(1974年)的分层法，可将海马的细胞结构分成七层，即分子层、隐窝层、辐射层、锥体细胞层、多形细胞层、海马槽和上皮细胞层。其中，位于辐射层下面的锥体细胞层是海马的锥体细胞聚集区，分离的该区锥体细胞具有典型的中枢神经元代表性。作为边

6、缘系统的一个重要部分，海马与许多高级神经活动、行为反应以及植物性神经功能有重要关系，一直被视为神经科学研究的模型。由于海马与学习、记忆关系密切，且对缺血和缺氧、癫痫、衰老、化学损害剂和有害物理辐射等许多致病因素较为敏感，近年来越来越引起研究者的广泛兴趣【3】。图1是海马解剖结构。图1海马解剖结构1.2细胞膜离子通道15经过长期的研究发现，在细胞膜上存在多种类型的离子通道，主要有电压门控离子通道、配体门控离子通道以及机械门控离子通道等。在本文中主要讨论使用膜片钳放大器测量门控离子通道的方法。在大鼠海马组织细胞膜上存在多种门控离子通道。电压门控钠离子通道，电压门控钾离子通道以

7、及电压门控钙离子通道等【4】。下面介绍这几种离子通道的特性。1.2.1电压门控钠离子通道电压门控钠离子通道广泛存在于神经、肌肉等可兴奋性细胞膜上，其激活可导致钠离子快速内流，使细胞去极化，产生动作电位的上升相，主要生理功能是产生可传播动作电位。目前已克隆出至少五种类型钠通道，其中多数对钠通道选择性拮抗剂——河豚毒素（TTX）较敏感。钠通道在维持细胞兴奋性及正常生理功能上非常重要，而且还是一些药物的作用靶点，如局部麻醉药和I类抗心律失常药，就是分别选择性地阻断神经细胞和心肌细胞的钠通道，达到阻断兴奋性传播和减少细胞兴奋性的作用。