冬眠动物心肌细胞低温钙稳态的适应性机制研究

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冬眠动物心血管系统在特殊生理条件——冬眠过程中具有显著的机能稳定性,表现在耐低体温、抗心律失常、耐缺氧等方面。对冬眠动物适应性以及其内在调控机制的认识不仅在生物学领域有理论意义,更对医学研究有重要的参考价值。  本文在总结国内外冬眠动物心脏研究进展的基础上,采取比较学的研究手段对冬眠动物黄鼠与非冬眠动物大鼠心肌细胞在不同环境温度下的钙活动性质进行分析,以期进一步揭示冬眠动物心肌收缩机能耐低温的适应性机制,探讨改善非冬眠动物心肌低温耐受性的适应性机制。  本文采取连续降温模型,通过人为控制细胞浴液温度,来对温度影响下的细胞性质改变进行研究,主要包括以下内容:  1.本文首先对大鼠和黄鼠心室肌细胞膜电位性质在温度影响下的性质改变进行了比较研究。发现随着温度的降低,大鼠和黄鼠的心室肌细胞静息膜电位均朝着去极化方向变化,但黄鼠心肌细胞静息膜电位水平始终负于大鼠。心肌动作电位是心肌收缩的源动力,笔者发现,在不同的温度下,黄鼠心室肌细胞的动作电位不论其幅度、超射值以及去极化速率均显著大于大鼠,表明黄鼠心肌细胞兴奋性较高。  2.进一步对大鼠和黄鼠心肌细胞钙电流进行比较分析。研究发现,随着环境温度的降低,大鼠和黄鼠心肌细胞钙电流幅度均逐步降低,但黄鼠心肌细胞钙通道的激活电位较大鼠心肌细胞钙通道激活电位为正,表明黄鼠心室肌细胞L型钙通道的激活阈值较高。  3.对大鼠和黄鼠心肌细胞钙电流的激活和失活特性及其在温度影响下的变化进行分析。研究发现,随着温度降低,黄鼠心肌细胞L型钙通道激活曲线和失活曲线均朝着去极化方向移动,而大鼠的结果与之相反。这种变化导致低温下大鼠心室肌细胞发生钙窗流的概率增加,从而导致其低温下发生钙超载,而黄鼠窗流概率始终维持在极低水平。  4.从能量的角度对大鼠和黄鼠心室肌细胞钙电流性质进行研究,分别研究对比两种动物细胞钙电流激活过程中的自由能和活化能变化。结果显示黄鼠钙电流的激活自由能和活化能均比大鼠高,表明黄鼠钙电流更难激活,这种能量上的差异对于大鼠和黄鼠钙窗流水平的不同性质起重要作用。  5.对比冬眠和清醒两种不同状态下的黄鼠心室肌细胞的钙电流性质,相比较清醒状态下记录到的黄鼠心室肌细胞结果,冬眠状态的黄鼠心室肌细胞L型钙电流幅度显著降低,并且冬眠黄鼠的钙窗流水平要低于清醒黄鼠。较低的钙窗流水平可能是冬眠黄鼠较清醒黄鼠具有更强的抗心律失常能力的原因之一。
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