红外弱激光诱发可兴奋细胞动作电位的离子机制研究

Action potential(AP) is the excitable cell membrane potential changing according to time, due to an external stimulation increased the sodium ions permeability of the cell membrane. The potassium ions play a kernel role in the repolarization phase of AP. This is the ionic basis of the electrical phenomena of life. But "the AP induced by the infrared laser" has been proved that is ascribed to the cell membrane capacitane increased by the laser irradiation, caused an inward capacitance current, depolarised the cell membrane. This fact demostrated a different mechanism with the former understanding on the AP. Because the capacitance current is a kind of induced current that can't form the net charge inner the cell,it can't depolarized the cell like the Patch clamp. But, the laser excites the AP in a noncontactive way must have some charges transported from the extracellular solution. Thus the ionic basis underlying the AP excited by weak laser must bear a unique ionic mechanism and that was worth to be studied. This project will combined the patch clamp technique and synchronized laser irradiation technology to explore the ionic basis.And we proposed that the chloride ions plays a major role during the infrared laser excitation the action potential. This research is not only a basic research for the laser exciting cell membrane, but also it is necessary to be solved as a foundamental problem to enlarge the new clinic applications of the weak laser.

动作电位是可兴奋细胞在外界电刺激下，由于细胞膜首先对钠离子的通透性增加而引起细胞膜电位随时间的变化信息，钾离子在膜电位复极化过程中起主要作用，这是生命电现象的离子机制。但最近几年国内外相继报道了"红外激光诱发可兴奋细胞动作电位"的实验现象，最新的研究又表明这是由于激光刺激瞬间增大了细胞膜电容而产生负(内向)电容电流的结果，同时指出该过程一定有不同于电刺激的离子机制。因为激光刺激产生的负电容电流是一种感生电流，它只能在细胞内感应出局部的净正电荷或负电荷，而不能引起细胞内电荷总量的变化，因此也就无法实现对整个细胞的均匀去极化。由此推断，必然有某些离子在钠通道通透性改变之前就已跨膜输运，才使激光可以非接触地去极化细胞膜。本项目提出在激光诱发动作电位中氯离子起重要作用，结合膜片钳和细胞体积的光学测量来深入研究这一现象的离子机制，这既对理解生命电现象微观本质有意义，也是拓展激光临床应用的实践需要。

细胞对近红外光作用的响应是激光医学涉及的基本问题，动作电位是可兴奋细胞在外界电刺激下，由于细胞膜首先对钠离子的通透性增加而引起细胞膜电位随时间的变化信息，钾离子在膜电位复极化过程中起主要作用，这是生命电现象的离子机制。但最近几年国内外相继报道了"红外激光诱发可兴奋细胞动作电位"的实验现象，最新的研究又表明这是由于激光刺激瞬间增大了细胞膜电容而产生负(内向)电容电流的结果，同时指出该过程一定有不同于电刺激的离子机制。又由于这一现象是光直接作用于细胞所产生的结果，因此又被公认为是临床上广泛使用的艾灸、激光理疗等的细胞基础。经过几年的研究，发现30mW、980nm、时程为10ms的近红外脉冲激光可以有效的加快细胞膜钠离子通道激活过程，而且钠通道峰值电流由原来的-30mV平移到-40mV；而长时程（大于500ms）的作用，则可以对钠电流造成可逆的抑制。另外，相同功率、不同波长的激光，对细胞的作用效果不同，30mW、980nm的激光对细胞钠离子通道激活特性加强，而相同功率的845nm激光，则是抑制效果。结合激光刺激可以产生负电容电流这一事实，这一研究结果有可能与临床上观察到的相同的弱激光对不同穴位的作用，可以产生不同的疗效有参考价值。至于在激光诱导动作电位之前涉及的离子机制问题，使用荧光探针的方法没有获得满意的结果，本项目提出的在激光诱发动作电位中氯离子起重要作用的假设，目前正在进一步研究之中，这既对理解生命电现象微观本质有意义，也是拓展激光临床应用的实践需要。