Ionic currents in cardiac excitation

Zusammenfassung

An dünnen Purkinje-Fäden von 1–2 mm Länge werden Membranströme während Spannungsklemmen bis zu 1000 msec Dauer gemessen. Die Kaliumströme werden als Nettoströme in natriumfreier Lösung und die Natriumströme durch Subtraktion der Kaliumströme vom in Tyrode gemessenen Strom bestimmt.

Die Kaliumströme hängen vom Membranpotential und der Zeit ab. Die Stromspannungsbeziehung 300 msec nach dem Beginn der Klemme entspricht derjenigen, die durch Messung des Elektrotonus in Cholin-Tyrode bereits bekannt ist. Im Bereich von −40 mV bis +30 mV ist der Kaliumstrom zu Beginn der Klemme größer und fällt in etwa 100 msec auf einen nahezu konstanten Wert ab. Nur im positiven Bereich des Membranpotentials (+20 bis +40 mV) wird gelegentlich eine kleine späte Zunahme des Kaliumstroms beobachtet.

Die Kaliumleitfähigkeit nimmt bei Depolarisation vom Ruhepotential bis zu −60 mV auf etwa die Hälfte ab; die Abnahme ist unabhängig von der Dauer der Klemme. Bei weiterer Depolarisation wird die Abnahme zunächst noch größer, zwischen −40 mV und +20 mV nimmt die Leitfähigkeit wieder bis nahe auf den Ruhewert zu. Zwischen −50 und +20 mV ist die Leitfähigkeit zu Beginn der Depolarisation größer als im weiteren Verlauf der Klemme.

Die Natriumströme nehmen bei Depolarisation bis zu einem Maximum bei ca. −20 mV zu, fallen dann wieder ab und werden Null bei +30 bis +45 mV. Die Natriumströme nehmen während einer 300 msec dauernden depolarisierenden Klemme fortlaufend ab. Die Natriumleitfähigkeit nimmt bei Depolarisation zu und fällt während der ganzen Dauer der Klemme ab.

Die Ruhenatriumleitfähigkeit beträgt 0,024 ± 0,006 mmho/cm², die Ruhekaliumleitfähigkeit 0,45 ± 0,1 mmho/cm².

Wenn nach einer depolarisierenden Klemme das Membranpotential wieder auf das Ruhepotential geklemmt wird, entwickelt sich mit einer Verzögerung ein positiver Strom, der 60 msec nach der Depolarisation sein Maximum hat und im Verlauf von 250–500 msec abklingt. Die Richtung dieses Stromes ändert sich bei −100 mV. Es wird angenommen, daß diesem Strom eine Zunahme der Kaliumleitfähigkeit zugrunde liegt, die durch Repolarisation des Membranpotentials auf mindestens −40 mV ausgelöst wird. Die Beziehungen der Ergebnisse zum Plateau und zur Repolarisation des Aktionspotentials sowie zum Schrittmacherpotential werden diskutiert.

Abstract

In short Purkinje fibres net membrane currents during voltage-clamps were measured. For technical reasons current measurement was not possible within the first 10 msec after the onset of clamping. Potassium current was determined as the current flowing in sodium free solution (choline-Tyrode). Sodium current was found by subtraction of the potassium currents from the current flowing in Tyrode solution.

Potassium current depends on both the membrane potential and the time. The current voltage relationship shows “anomalous rectification”. In the range from −40 mV to +30 mV the current is larger earlier than later during the clamp. Only on depolarisation beyond +20 mV a small increase of gK was sometimes seen after 200 msec when depolarisation was maintained.

Potassium conductance falls on depolarization to 1/3 to 1/2 of resting conductance. In the range from −60 mV to +20 mV conductance is larger early than later during a depolarizing clamp.

Sodium current increases on depolarization, the maximum being at about −20 mV. With further depolarization sodium current falls and becomes zero between +30 and +45 mV. Sodium current declines during depolarizing clamps with a time constant in the order of 100 msec. Sodium conductance increases with depolarization and falls during the clamp.

Resting sodium conductance was found to be 0.024±0.006 mmho/cm², resting potassium conductance was determined as 0.45±0.1 mmho/cm².

When after a depolarization membrane potential is clamped back to the resting potential positive current flows which declines within 300 to 500 msec. This current reverses its polarity at about −100 mV. It is assumed that the current is due to an increase of potassium conductance which is brought about by repolarization to at least −40 mV. The results are discussed in relation to the plateau and repolarization of the action potential as well as to the pacemaker potential.