Voltage and time dependence of excitatory sodium current in cooled sheep Purkinje fibres

Zusammenfassung

Kleine Präparate von Purkinjefasern wurden auf 4–5°C abgekühlt um die Aktivierung des erregenden Natriumstromes so zu verlangsamen, daß dieser vom kapazitiven Membranstrom getrennt werden konnte. Obwohl das Membranruhepotential bei der niedrigen Temperatur auf −30 mV abnahm, ließ sich das Natriumsystem auslösen, wenn die Membran durch hyperpolarisierende Pulse konditioniert wurde. Mit der Spannungsklemmtechnik wurde die Membran in plötzlichen Rechtecksprüngen depolarisiert und die Natriumströme, die nach einer derartigen Depolarisation fließen, wurden in ihrer Abhängigkeit vom Ausgangssowie Endpotential bestimmt und einer Analyse nach Hodgkin und Huxley unterzogen. Die Ergebnisse konnten mit den Hodgkin-Huxley-Gleichungen befriedigend wiedergegeben werden, wenn auch die absoluten Werte und die Potentialabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten von den für das Tintenfischaxon gefundenen Werten in charakteristischer Weise abwichen. Vor allem zeigteh _∞, die Variable, die die Inaktivierung des Natriumsystems beschreibt, eine bemerkenswerte Potentialabhängigkeit bei dieser Temperatur, sie erreichte nämlich ihren Maximalwert erst bei −180 mV und field auf Null bei −100 mV. Der zeitliche Verlauf der Aufhbung der Inaktivierung zeigte eine ähnliche Abhängigkeit von Amplitude und Dauer des Ausgangspotentials wie sie für das Tintenfischaxon gefunden wurde. Das relativ niedrige Ausgangspotential von −110 mV mußte bis zu 10 s festgehalten werden um die Inaktivierung völlig aufzuheben. Der Abfall des Natriumstromes, der fließt, wenn man von verschiedenen Ausgangspotentialen auf dasselbe Endpotential depolarisiert, wird durch zwei Zeitkonstanten charakterisiert, im Gegensatz zu nur einer Zeitkonstante beim Tintenfischaxon. Durch Vergleich der Ergebnisse mit den Befunden einiger Experimente, die bei 20°C durchgeführt wurden, konnten Extrapolationen der Resultate auf Körpertemperatur gemacht werden. Sie lassen darauf schließen, daß bei 37°C das Natriumsystem an der Spitze des Aktionspotentials bereits weitgehend inaktiviert ist.

Summary

Very small Purkinje fibre preparations were cooled down to 4–5°C in order to slow the activation of the excitatory sodium current to such an extent that the latter could be separated from the capacitive membrane current. Although the resting potential of the membrane decreased to −30 mV at the low temperature, it was possible to trigger the sodium carrying system by conditioning the membrane with hyperpolarizing pulses applied under voltage clamp conditions. The sodium currents flowing after sudden depolarizations starting from various conditioning prepotentials and going to various clamp potentials were analyzed according to the Hodgkin-Huxley equations. It turned out that the results could be satisfactorily fitted by the equations, although the absolute values and the potential dependences of the rate constants differed from those found for the squid giant axon in a characteristic manner. Particularlyh, the variable describing the inactivation of the sodium carrying system, had a remarkable potential dependence at the low temperature extending from unity at a potential as high as −180 mV to zero at a potential −100 mV. The time course of the removal of inactivation showed a similar dependence on conditioning prepotential and time to that found for the squid giant axon. Conditioning pulses of up to 10 s were necessary to remove inactivation at a prepotential of −110 mV. The decay of the sodium current flowing after depolarizations from various conditioning prepotentials to the same clamp potential differed from that of the squid axon in a way that it could better be fitted by two time constants rather than one. By comparison of the data with those obtained from experiments carried out at 20°C extrapolations of the results to body temperature were made. These suggest that at 37°C the sodium carrying system should be almost entirely inactivated when the action potential reaches its crest.