Slow inward current and action potential in cardiac Purkinje fibres

Summary

The slow inward current in short Purkinje fibres was studied in voltage clamp experiments. The results were as follows:

• 1. The slow inward current displayed as inward tail current on repolarization can be inactivated by conditioning depolarization. Thereby the outward current during the depolarization step was slightly increased. This result indicates that in the net outward current flowing during depolarization slow inward current and dynamic outward current overlap.

• 2. Mn⁺⁺ ions caused shortening of the action potential and blocked the slow inward current elicited either by depolarization or repolarization (inward tail current). Thereby the dynamic outward current was often increased (see 1.). An effect of Mn⁺⁺ ions (7–10 mM) on the outward currents (dynamic and steady-state current) was not observed.

• 3. The inward tail currents on repolarization were reduced by about one half when the extracellular sodium was replaced by cholinchloride. The residual inward tail current was further reduced on lowering the extracellular calcium concentration and it was increased on increasing the calcium concentration in the bathing solution. In Tyrode's solution (150 mM Na) lowering the calcium concentration strongly reduced the tail current, presumably by reducing the contribution of calcium ions to the tail current and/or by a rise in intracellular sodium, resulting in a decrease of the contribution of the sodium ions to the tail current. The effects of several combinations of reduction in both sodium and calcium ions on the tail current were not additive: the effect of sodium reduction was smaller at lower than at normal extracellular calcium concentrations.

• 4. The instantaneous conductance of the slow inward current was found constant at potentials negative to −25 mV but could not be determined positive to −25 mV because of large overlapping outward current.

• 5. The current voltage relation of the slow inward current was estimated. The current seems to be maximum between −20 mV and zero mV.

• 6. The inactivation of the slow inward current was slower at low and faster at high negative membrane potentials.

• 7. On clamping the potential during the action potential a rising outward current flowed which was not seen in presence of Mn⁺⁺ ions indicating that this rising outward current is in fact due to decline of the slow inward current.

Zusammenfassung

An kurzen Purkinje-Fäden wurde der langsame Einwärtsstrom mit der Spannungsklemmtechnik untersucht. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

• 1. Der langsame Einwärtstrom, dargestellt als Einwärtstail-Strom nach einem Repolarisationsschritt, kann durch einen konditionierenden Depolarisationsschritt inaktiviert werden. Dabei ist der Auswärtsstrom während der Depolarisation gering vergrößert. Damit ist gezeigt, daß der Netto-Auswärts-Strom während der Depolarisation aus zwei sich überlappenden Komponenten besteht, nämlich dem langsamen Einwärtstrom und dem dynamischen Auswärtsstrom.

• 2. Mn⁺⁺-Ionen (7–10 mM) verkürzen das Aktionspotential stark. Unter den gleichen Bedingungen blockieren sie den langsamen Einwärtstrom, ausgelöst durch Depolarisation oder durch Repolarisation (Tail-Strom). Dabei ist der dynamische Auswärtsstrom oft gering vergrößert (siehe zu 1.). Anhaltspunkte für eine direkte Manganwirkung auf den Auswärtsstrom wurden nicht erhalten.

• 3. Der Einwärtsstrom ist etwa auf die Hälfte verkleinert, wenn Natriumchlorid in der Badlösung durch Cholinchlorid ersetzt wird. Die verbleibende Hälfte wird kleiner bei Verringerung und größer bei Erhöhung der extracellulären Calciumkonzentration. Erniedrigung der Calciumkonzentration in Tyrode-Lösung (150 mM Na⁺) verringert den Tail-Strom stark, vermutlich durch verkleinerung der Calcium-Stromkomponente, möglicherweise aber auch durch Änderung der intracellulären Natriumkonzentration und dadurch bedingte Abnahme des Natriumanteils am Tail-Strom. Kombinierte Verringerungen der Calcium-und Natriumkonzentrationen in der Badlösung haben keinen additiven Effekt auf den Tail-Strom: die Wirkung von Natriumverringerung ist kleiner bei geringer als bei normaler extracellulärer Calciumkonzentration.

• 4. Die momentane Leitfähigkeit für den langsamen Einwärtsstrom wurde negativ von −25 mV experimentell bestimmt und konstant gefunden. Positiv zu −25 mV konnte sie wegen des großen überlappenden Auswärtsstromes nicht bestimmt werden.

• 5. Die Stromspannungsbeziehung des langsamen Einwärtstromes wurde bestimmt, das Strommaximum liegt zwischen −20 mV und Null mV.

• 6. Die Inaktivationszeit des langsamen Einwärtsstromes nimmt mit steigender Negativierung des Membranpotentials ab.

• 7. Wird während der Erregung das Potential durch eine Klemme plötzlich konstant gehalten, so fließt ein steigender Auswärtsstrom. Es wird vermutet, daß es sich bei diesem steigenden Auswärtsstrom um die Abnahme des langsamen Einwärtsstromes handelt, denn unter Mn⁺⁺-Ionen wurde das Ansteigen des Auswärtsstromes nicht beobachtet.