心肌细胞电生理建模进展

心脏兴奋收缩的微观基础是心肌细胞的电生理活动,心肌细胞的电生理模型在解剖实验基础上提供了更为全面有力的数据.是研究心肌细胞最有效的方法之一.近年来单细胞意义上的电生理模型越来越精细,使得心肌细胞的工作原理以不同角度在微观领域得以进一步阐述.本文就不同时期有代表性的模型进行了研究和比较,总结了这一领域的发展,并对发展趋势作了进一步的展望.     

小鼠胚胎心肌细胞的分离及电生理特性

本文旨在探索小鼠胚胎心肌细胞的分离方法并观察其电生理特性。应用胶原酶B消化法获得不同时期单个小鼠胚胎心肌细胞;利用全细胞膜片钳技术,记录胚胎心肌细胞的超极化激活的非选择性内向阳离子电流(If)和L-钙电流(ICa-L),并用电流钳记录其自发性动作电位。胚胎心肌细胞通过相差显微镜依据其形态和自发性收缩进行鉴定。本法分离所获得的胚胎心肌细胞容易进行全细胞膜片钳记录,可用于记录If,ICa-L．电流和自发性动作电位,己证实胚胎心肌细胞If和Ica-L的电生理特性与成年起搏细胞或心肌细胞相似。本实验建立的分离方法简单、稳定、有效、可靠,最早可获得8．5d的胚胎心肌细胞。胚胎心肌细胞的电生理记录为探索胚胎心肌细胞的电生理特性提供了一个可用的模型,并可能为某些心脏疾病产生的机制提供实验依据。     

培养大鼠搏动心肌细胞在缺氧和复氧时的电生理观察

应用细胞内微电极技术记录到37个培养大鼠搏动心肌细胞充氮前后和复氧后的电活动参数。结果提示:充氮10min后,最大舒张电位(MDP),最大除极速度(V_(max)),动作电位振幅(APA)和动作电位时程(APD)等参数明显降低;自发节律增快,并出现多种形式的节律失常。83.8％细胞在充氮后30min内停搏,16.2％在50min左右停搏。复氧后,86.5％细胞在5min内复跳,13.5％未能复跳;12.5％复跳细胞在复跳10min内再次停搏。复跳细胞的各项电活动参数在30min内未能恢复到充氮前水平(p<0.05),且呈现不同程度的各类异常电活动。本结果对进一步研究心肌细胞缺氧和复氧损伤有一定意义。     

耐钙心肌细胞的分离和电生理特性观察

用快速、恒压的无钙和胶原酶Ｔｙｒｏｄｅ液相继灌流豚鼠心脏冠脉系统后,再经无钙液室温浸泡心脏和用改变的Ｋ－Ｂ液帮助分离细胞的恢复,可获得耐钙的游离心肌细胞。全细胞电流记录：静息电位为－７２±９ｍＶ（ｎ＝１２）,并显示出快内向电流（ＩＮａ）,可被异搏定阻断的慢钙离子流和时间依赖性外向钾流（Ｉｋ）;单通道记录分别显示了Ｎａ＋Ｃａ２＋和Ｋ＋通道的电压依赖性等特征。结果表明了用此法分离的细胞具有耐钙性和正常电生理特性。     

乳酸左氧氟沙星对豚鼠心肌细胞电生理的影响

目的了解乳酸左氧氟沙星(LVFX)对豚鼠心室肌细胞电生理的影响.方法经腹腔注射不同剂量的LVFX,记录并分析注药后5～360 min豚鼠Ⅱ导联心电图的QT间期,以及校正的QT间期(QTc).采用全细胞膜片钳技术,记录不同浓度LVFX对体外单个心室肌细胞的延迟整流钾电流(IK)的作用.结果①LVFX给药量为200 mg/kg时,心电图QT间期延长19.38%±3.15%(P＜0.05);在50 mg/kg和100 mg/kg等较低剂量时,QT间期延长不明显(P＞0.05).②LVFX抑制IK电流,且抑制作用呈现电压依赖性和浓度依赖性.结论LVFX可能通过抑制心肌细胞IK电流引起心脏QT间期延长,临床应谨慎使用.     

铬对大鼠心电图及心肌细胞的电生理影响

应用心电图及细胞内微电极技术观察铬对心肌电生理的影响。大鼠腹腔内注射铬,９周后心电图显示各剂量组ＱＴ间期均缩短,细胞内微电极检查显示动作电位时程（ＡＰＤ５０、ＡＰＤ９０）于２周后随剂量增加而逐渐缩短,０．４ｍｇ组显著缩短,９周后各剂量组ＡＰＤ５０、ＡＰＤ９０均缩短。心率、静息电位（ＲＰ）与动作电位（ＡＰＡ）幅度及动作电位最大上升速率（Ｖｍａｘ）无变化。铬影响了心肌复极引起ＱＴ间期缩短,而ＡＰＤ５０、ＡＰＤ９０缩短可能是铬影响了钙内流及钾外流的结果。     

人诱导多能干细胞分化的心肌细胞电生理鉴定

本文旨在研究人诱导多能干细胞分化的心肌细胞(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes,hiPSC-CMs)的电生理特性。采用时序性短暂激活/短暂抑制Wnt信号通路的方法将未分化的IMR90-4细胞系定向诱导分化为心肌细胞。用免疫荧光染色法和流式细胞术检测心肌肌钙蛋白T(cardiac troponin T,cTnT)蛋白表达,计算hiPSC-CMs的分化率。用膜片钳技术记录hiPSC-CMs的动作电位,根据动作电位的表现对心肌细胞进行分类,并进一步分析电生理特征。结果显示,hiPSC-CMs的纯度大于95%。根据动作电位的表现,hiPSC-CMs可分为心房肌样细胞、心室肌样细胞和窦房结样细胞。其中,心室肌样细胞的动作电位时程(action potential duration,APD)、动作电位幅度(action potential amplitude,APA)和最大去极化速率(dV/dt_(max))均大于心房肌样细胞和窦房结样细胞,窦房结样细胞的d V/dt_(max)低于心室肌样细胞和心房肌样细胞。以上结果表明hiPSC-CMs纯度高,并且分化出的三种不同类型的心肌细胞具有和成熟心肌细胞相似的动作电位特征。     

酒石酸锑钠对家兔心肌细胞电生理特性的影响

家兔20只均分成两组:一组为正常家兔,另一组为酒石酸锑钠(SAT)急性中毒的家兔。分别取出窦房结-心房肌标本。用浮置式微电极引导动作电位,观察SAT对两组标本的影响。SAT在两组标本上均能导致如下改变:起搏细胞动作电位幅值、0相平均去极速率和舒张期去极速率增加,动作电位时程(APD_(25)、APD_(50)、APD_(90))缩短;心房肌细胞动作电位幅值增加,动作电位时程(APD_(25)、APD_(50)、APD_(90))延长;心房肌收缩幅值增加,收缩时程延长,心率增加。还观察到各种类型的心律失常:早搏、逸搏、阵发性心动过速和心动过缓、早发性后除极和迟发性后除极。SAT的上述作用可能与细胞内Ca~(2 )增高有关。我们也观察到:锑剂急性中毒组家兔的上述变化值均小于正常家兔的对应值,我们推测可能与锑剂静脉注射对在体心肌的抑制作用有关。     

心肌细胞间的电耦联

心脏是由无数个独立的心肌细胞通过缝隙连接形成的一个功能性合胞体。心肌细胞间的电耦联是心脏“全或无”性动作电位传导和机械收缩的先决条件。缺氧、缺血、药物、细胞内外离子浓度的改变以及激素等因素可直接或间接地影响心肌细胞间的电耦联,从而导致心脏功能的改变。     

实验性糖尿病大鼠心肌收缩功能与心肌细胞电活动的变化

心血管并发症是糖尿病人的重要死因,近年发现,相当部分糖尿病人并发的心肌病与血管病变无关,故认为这是一种“糖尿病性心肌病”,但其机制尚未阐明。 考虑到心肌收缩性能是心脏泵血功能的基础,心肌细胞电活动是心肌各项牛理特性的基础。本实验拟观察糖尿病动物模型的心肌收缩功能与心肌细胞电活     

成年蜜蜂脑神经细胞的培养和电生理特征

为了研究杀虫剂等对蜜蜂毒性作用的神经机制,需在体外建立成年蜜蜂脑神经细胞的分离培养和电生理记录技术并研究其正常电生理特征,而对成年蜜蜂脑神经细胞的分离培养和电生理特性的研究报道甚少。我们采用酶解和机械吹打相结合的方法获得了数量较多且活力较好的成年意大利蜜蜂Apis mellifera脑神经细胞,并用全细胞膜片钳技术研究了成年意大利蜜蜂脑神经细胞对电流和电压刺激的反应,获得了成年意蜂脑神经细胞的基本电生理特征以及钠电流和钾电流的特性。全细胞电流钳的记录结果表明,在体外培养条件下,细胞无自发放电发生,注射电流后仅引起细胞单次放电,引起细胞放电的阈电流平均为60.8±63 pA; 细胞动作电位产生的阈电位平均为−27.4±2.3 mV。用全细胞电压钳记录了神经细胞的钠电流和钾电流。钠电流的分离是在电压刺激下通过阻断钾通道和钙通道实现。细胞的内向钠电流在指令电压为−40～−30 mV左右激活,−10 mV达峰值,钠通道的稳态失活电压V_1/2为−58.4 mV; 外向钾电流成份至少包括较小的快速失活钾电流和和较大的缓慢失活钾电流（占总钾电流的80%）,其半激活膜电位V_1/2为3.86 mV,无明显的稳态失活。结果提示缓慢失活钾电流的特征可能是细胞单次放电的机制之一。     

电刺激提高分化心肌细胞成熟度并改善心肌梗死大鼠心脏功能

该研究探讨了电刺激对诱导多能干细胞的心脏分化影响,并评估了分化心肌细胞对心肌梗死的治疗效果。电刺激和非电刺激促进诱导多能干细胞分化出功能性心肌细胞;qRT-PCR和细胞免疫荧光检测分化心肌细胞中心源性基因和功能成熟基因表达情况;建立心肌梗死模型SD大鼠并将其随机分为心肌梗死组、电刺激组和对照组,每组10只。心肌梗死组只结扎冠状动脉,电刺激组和对照组分别在心肌梗死边界注射电刺激和无电刺激预处理的分化心肌细胞。超声心动图和有创血流动力学检测心功能;Masson染色评估梗死面积,免疫组化检测梗死边缘区毛细血管密度。结果表明,电刺激可提高分化心肌细胞的自发搏动,并上调分化心肌细胞中心源性基因(Nkx2-5、GATA4、α-MHC和CX-43)和功能成熟基因(α-actinin和RYR2)的表达(P0.05)。电刺激明显改善心肌梗死大鼠心功能,减小梗死面积和增加梗死边缘区毛细血管密度(P0.05)。以上结果表明,电刺激可提高诱导多能干细胞的心脏分化效率并促进分化心肌细胞的成熟;经电刺激预处理的分化心肌细胞可明显改善心肌梗死大鼠心功能。     

心肌细胞培养研究的进展

体外培养的心肌细胞可保持其结构及功能上的某些特点,具有自发性节律搏动,已广泛用于生物学及医学研究,近年国外发展较快,为从细胞及分子水平研究心肌的生理、病理、药理以及某些基本理论问题,开辟了一个新的领域,早在1910年Burrows氏首创鸡胚心肌组织块培养,观察到搏动。两年后Carrel维持鸡胚心肌组织块连续搏动达104天,并做传代培养。他退休后由Ebeling继续培养达34     

T—2毒素对心肌细胞电生理特性的影响及硒的保护作用

本实验在培养的Ｗｉｓｔａｒ大鼠乳鼠心肌细胞上观察了Ｔ－２毒素对膜电位活动的影响及硒的保护作用。结果表明,Ｔ－２毒素（０．１,０．５,５．０ｍｇ／Ｌ）使心肌细胞动作电位幅值（ＡＰＡ）、超射（ＯＳ）、阈电位（ＴＰ）、最大舒张电位（ＭＤＰ）及最大除极速率（Ｖｍａｘ）显著降低。使复极化时程（ＡＰＤ１０、ＡＰＤ５０、ＡＰＫ９０）延长;动作电位发放频率（ＡＰＦ）受到明显抑制。提示Ｔ－２毒素能抑制Ｃａ＾２＋、Ｋ     

培养的下丘脑神经细胞电生理特征的衰老性变化

本文采用玻璃微电极细胞内记录技术,研究了培齿０－１４０ｄ新生ＳＤ大鼠下丘脑神经细胞电生理学特征的增龄性变化。以神经突起的生长速度为指标,将细胞体外存活过程分为三期,即恢复期、生长期、衰老期。发现,神经细胞膜时间常数及膜电容于生长期达最大值,而在衰老期显著减小。恢复期膜阻抗最高,生长期显著下降,但衰老期变化不显著。神经细胞可产生单个或多个诱发放电,其静息电位约－３０－－６０ｍＶ,并呈增龄性增高。可见     

耳蜗电生理的进展

Weber和Bray发现了耳蜗微音器电位,耳蜗电生理才得到发展。本世纪50年代,Bekesy对耳蜗基底膜及其邻近结构的运动进行了解析,提出了众所周知的行波学说。他还证明耳蜗内存在两种静息电位。这些,都对耳蜗电生理研究奠定了很好的基础。60年代,Davis研究了几种耳蜗电现象的相互关系,提     

硒对培养的心肌细胞的影响

微量元素硒在机体内作为一种非特异性抗氧化剂、谷胱甘肽过氧化酶和含硒转移核糖核酸的组分之一以及红细胞膜的稳定剂,近年受到各界关注。本文采用人胚、新生大鼠和胚胎小鼠的心脏,进行了心肌细胞、组织和器官培养。在扫描和透射电镜下观察到10~(-7)mol/L的Na_2seo_3对较长期培养的心肌细胞、儿茶酚胺性损伤心肌细胞和肼引起的脂质过氧化损伤心肌均有明显的保护作用。     

下丘脑神经元的电生理研究

由于逆向鉴定、细胞内微电极,定位标记及慢性微电极等多种技术的运用,下丘脑神经元的电生理研究取得一些进展:神经内分泌大细胞具有三种自发放电型式并对本身功能有返回性影响。加压素能神经元具有渗透敏感性但与渗透压感受器非同一细胞。体温调节神经元可分为温度检测器及中间神经元两型。下丘脑腹内侧核及外侧区神经元对血中葡萄糖、游离脂酸敏感,因此提出了摄食调节的不同学说。     

心肌电生理研究动态

1986年7月,笔者有机会参加了在加拿大 Vancouver,Winnipeg 和 Banff 召开的第三十届国际生理科学大会、国际心脏研究学会和心肌电生理学术会议。现就这三个会议中有关心肌电生理的研究动态扼要地介绍。在第三十届国际生理科学大会上,有三篇关于离子通道的学术报告;C.M.Armstrong 的“离子通道门、分子模型和钙离子”,J.Zachar 的“膜离子通道和收缩激活”以及 R.W.Tsien 的。神经元和肌细胞的