跳到主要内容
访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
生理学杂志。1998年4月1日；508（第1部分）：199–209。
数字对象标识：10.1111/j.1469-7793.1998.1999年br。x
预防性维修识别码：PMC2230857型
PMID：9490839

动脉直径和血管壁的调节2+]大鼠脑动脉膜电位和血管内压的测定

Harm J结和马克·T·纳尔逊
作者信息 文章注释 版权和许可信息 PMC免责声明

摘要

  1. 细胞内[Ca的调节2+]利用动脉直径和血管壁[Ca]的同步数字荧光视频成像研究了大鼠受压小脑动脉（100–200μm）血管壁平滑肌细胞2+]结合动脉膜电位的微电极测量。
  2. 血管内压力升高（从10到100 mmHg）导致膜去极化从-63±1到-36±2 mV，动脉壁增加[Ca]2+]从119±10到245±9牛顿米动脉收缩208±10μm（完全扩张，Ca2+游离）至116±7μm或45%（“肌张力”）。
  3. 压力引起的动脉壁增加[Ca2+]电压依赖性钙抑制剂阻断血管收缩2+通道（地尔硫卓和尼索地平）或通过清除外部钙达到相同程度2+.
  4. 在稳定压力下（即在60 mmHg的等压条件下），膜电位稳定在-45±1 mV，细胞内[Ca2+]为190±10牛顿米，动脉收缩41%（从196±8μm完全扩张到115±7μm）。在60 mmHg下-45±5 mV的条件下，壁[Ca的电压灵敏度2+]直径为7.5n米毫伏−1和7.5μm mV−1分别产生Ca2+直径为1μm n的灵敏度米−1.
  5. 从-58到-23 mV的膜电位去极化导致加压动脉（至60 mmHg）在其整个工作范围内收缩，即从最大扩张到收缩。这种去极化与动脉壁[Ca2+]从124±7到347±12牛顿米动脉壁[Ca增加2+]L型电压依赖性钙阻断血管收缩2+通道抑制剂。
  6. 动脉壁[Ca之间的关系2+]在等压（60 mmHg）和非等压（10–100 mmHg2+]通过膜电位的变化。
  7. 结果与血管内压力引起膜电位去极化的观点一致，膜电位去极化打开电压依赖性Ca2+通道，充当“电压传感器”，从而增加Ca2+入口和动脉壁2+]导致血管收缩。

细胞内钙2+在肌肉（包括动脉壁的血管平滑肌）的机电耦合中起着关键作用。然而，对细胞内钙的生理水平知之甚少2+以及受生理血管内压力影响的小动脉平滑肌细胞膜电位对其的调节。血管内压力升高导致小（即阻力大小）动脉中平滑肌细胞的分级膜电位去极化，并导致分级收缩（“肌张力”）(贝利斯，1902年；Harder，1984年；Brayden&Nelson，1992年；Meininger&Davis，1992年；Knot&Nelson，1995年)。大鼠大脑动脉以及许多其他类型的小动脉的压力性收缩并不直接依赖于内皮或神经因素(Meininger&Davis，1992年；Knot，Zimmermann和Nelson，1996年)。L型电压依赖性钙抑制剂阻断了小脑动脉对压力的收缩，而非去极化2+通道(Brayden&Nelson，1992年；Knot&Nelson，1995年)。在固定压力下，动脉直径对膜电位非常敏感，膜超极化导致血管扩张，这是许多内源性和合成的血管扩张化合物激活钾的共同机制+通道(Nelson、Patlak、Worley和Standen，1990年；Nelson&Quayle，1995年)。相反，许多血管收缩剂已被证明能使动脉平滑肌去极化。研究表明，血管内压力可升高细胞内[Ca2+]在托马斯特肌小动脉内(Meininger、Zawieja、Falcone、Hill&Davey，1991年；D’angelo，Davis和Meininger，1997年)。然而，膜电位、动脉壁[Ca2+]大脑或其他小动脉的血管直径尚未完全确定。

压力使大脑动脉去极化的离子基础尚不完全清楚。电压依赖性钙通道、ATP敏感性钾通道或钙敏感性钾通道的抑制剂确实可以阻止压力诱导的膜电位去极化(Knot&Nelson，1995年；打结等。1996)。去除细胞外钠不会影响压力诱导的反应，反对钠渗透通道参与这种反应(Nelson、Conway、Knot和Brayden，1997年)。最近的证据表明，压力诱导的去极化涉及氯离子通道的激活(纳尔逊等。1997).

这项研究的目的是确定细胞内钙的水平2+并通过血管内压力和膜电位确定其调节。此外，使用有机钙2+通道抑制剂，我们试图确定钙的途径2+肌源性脑动脉的入口。

在本研究中，我们首次提供了生理范围内的血管内压力、膜电位和来自大脑的完整阻力大小动脉的动脉直径之间的关系。此外，我们还提供了膜电位与动脉壁[Ca2+]和稳定压力下的直径，这是一种动脉正常工作的条件，在这种条件下，动脉可以根据需要扩张或收缩，以响应血管活性刺激。

我们的结果与血管内压力增加动脉壁[Ca2+]通过平滑肌膜电位的变化激活L型电压依赖性钙2+频道。动脉直径严重依赖于膜电位和动脉壁[Ca2+]. 这些结果支持膜电位和细胞内钙的微小变化可以对血管直径产生深远影响的观点(纳尔逊等。1990)通过改变电压依赖性钙的活性2+频道。

方法

准备

雌性Sprague-Dawley大鼠（12-14周，卡228 g）用戊巴比妥（150 mg（kg体重）杀死−1通过腹腔注射），然后开胸、心脏切除、断头和全脑切除。大脑被迅速转移到0-4°C的含氧生理盐水（PSS，成分见下文）中，并置于融化的冰上。本研究使用完整的孤立空心加压大脑后动脉远端。在连续灌注PSS（3-6 ml min）的情况下，对完整动脉进行所有实验−1)37°C时。所有涉及动物的实验均按照美国佛蒙特大学动物使用和护理机构委员会批准的协议，按照《实验动物护理和使用指南》（NIH出版物85-231985）进行。

记录方法（另请参见图1)

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f1.jpg
实验方法

压力为60和100 mmHg的动脉平滑肌细胞的膜电位干扰图示。显示了动脉壁的边缘检测以及在60和100 mmHg（±尼索地平）下加载呋喃-2的动脉的比率图像。所有实验均在37°C下进行。

动脉膜电位

使用充满3米KCl溶液，尖端电阻为40–60 MΩ，如前所述(打结等。1996)。将脑动脉平滑肌细胞从受压动脉的清洁外膜侧刺穿。使用Neuroprobe放大器（0.5–1 kHz带宽；1600型，A-M Systems Inc.）以0.5–2 Hz的采集速率记录膜电位。接受记录的标准是：（1）刺穿细胞时电位突变；（2） 在实验操作之前，保持膜电位稳定至少2min；（3） 在整个实验方案中保持刺穿；（4） 刺穿前后尖端阻力不变；和（5）尖端电位的变化小于3 mV。为了清楚起见，图中删除了与电池刺穿和退出相关的电压突变（但请参见图1)。使用数据采集系统记录放大器的模拟输出电压（见下文）。

动脉壁[Ca2+]

动脉中含有比例钙2+敏感荧光染料fura-2(Grynkiewicz，Poenie&Tsien，1985年)。将呋喃-2AM（呋喃-2的乙酰氧基甲酯形式）溶解在干燥的二甲基亚砜中，作为1m米储存并冷冻在50μl小份中直至使用。在使用前不久，将fura-2 AM与等量的25%（w/v）普鲁尼酸二甲基亚砜溶液混合。将呋喃-2 AM-氟酸混合物稀释在500μl生理盐水中，得到最终浓度为2μl的呋喃-2AM米（有关该装载浓度的测定，请参见下文）。通过挤压封闭动脉末端，以防止fura-2 AM溶液扩散到血管腔中，在血管腔中可以想象到它会加载内皮细胞（参见下面的控制实验，以排除这种可能的测量干扰），并在2μ米室温下PSS加载溶液中的fura-2 AM(卡21°C）在黑暗中放置45分钟（有关载荷条件的确定，请参见结果部分）。将装有Fura-2的动脉清洗干净，并保存在不含染料的冷冻PSS中。对装有Fura-2的动脉进行插管，并将其安装在专门设计的近距离动脉造影仪中（美国弗吉尼亚州伯灵顿佛蒙特大学仪器与模型设施（IMF）的H.J.Knot和G.Kennedy），使动脉位于动脉造影仪150μm厚玻璃底部300μm范围内。将带有空心血管的动脉造影仪放置在配有×20 CF荧光物镜（NA=0.75）的尼康Diaphot 200显微镜上。立即开始超融合。在20分钟的平衡期后，在连续灌注（3-6毫升分钟）的情况下，充氧PSS中的血管内压力逐渐从2毫米汞柱增加到60毫米汞柱−1)37°C时。未使用压力不收缩的动脉（即未形成肌源性张力）。大多数方案中使用60 mmHg的跨壁等压。这是这些血管的估计收缩压就地(McCarron，Osol&Halpern，1989年)。使用Image-1/FL定量比率成像软件（Universal imaging Corp.，West Chester，PA，USA），从340和380 nm交替激发的动脉510±40 nm发射的背景校正四帧平均图像中以0.2 Hz的速率获得比率图像。所选感兴趣区域的平均比率值（通常是整个动脉图像，请参见图1)存储在磁盘上，并通过数据转换DT2814数模转换器（Data Translation，Marlboro，MA，USA）实时转换为模拟输出电压。

动脉直径

通过背景校正比率图像的实时视频或Ca的视频测量加载呋喃-2的动脉的动脉直径2+-fura-2成像实验。使用Image-1/AT成像软件（Universal imaging Corp.）的长度校准边缘检测功能以2Hz的采样率测量动脉直径。使用Image-1/AT成像软件的校准边缘检测功能，以2 Hz的频率，根据哈马松SIT或标枪CCD摄像机的视频信号，对非呋喃-2负荷动脉进行类似的动脉直径测量。结果以直径（μm）的ASCII文件格式写入成像计算机的硬盘与。时间并转换为模拟输出电压以进行外部记录。压力收缩是指动脉直径相对于Ca的直径2+-给定压力下的自由PSS（推测为被动式直径）。

综合动脉功能

代表动脉功能生理参数（血管内压、膜电位、钙）的所有模拟输出信号2+-使用Axotape 2.0软件（Axon Instruments）和Indec IBX（Indec Systems Inc.，Sunnyvale，CA，USA）数据采集系统在PC（Gateway 386/20DX）上记录比率值和直径，从而允许以2 Hz同步记录。

实验方案和控制

在适用的情况下，通过在动脉腔内放置气泡1分钟，然后用蒸馏水清洗30秒，去除内皮细胞(Brayden&Nelson，1992年；Knot&Nelson，1995年；纳尔逊等。1995；打结等。1996)。使用10μ米乙酰胆碱或100n米缓激肽。在装有呋喃-2的动脉中，用乙酰胆碱刺激动脉（10μ米)或缓激肽（100 n米)在钙的存在下2+通道阻滞剂。内皮细胞钙的缺乏2+信号被解释为内皮细胞负荷不足。

为了尽量减少动脉的结构改变，本研究中的大多数实验都是在存在内皮的完整动脉中进行的。内皮细胞的去除既不影响此动脉中的压力诱导反应，也不影响赖氨酸定和伊比利奥毒素的作用(麦卡伦等。1989；Brayden&Nelson，1992年；Knot&Nelson，1995年；纳尔逊等。1995；打结等。1996)。在当前的研究中，我们确实测试了去除内皮对钾升高、兰尼定和伊贝里奥毒素反应的影响（参见Knot、Standen和Nelson，1998年)。由于去除内皮并没有改变我们正在检查的反应，我们选择使用完整的动脉进行大多数实验。

溶液、化合物和药物

PSS的组成

生理盐水溶液（PSS）被用作沐浴溶液，并且具有以下组成（m米)：氯化钠，119；氯化钾4.7；氯化钠三, 24.0; 千赫2警察4, 1.2; 氯化钙2, 1.6; 硫酸镁4, 1.2; 乙二胺四乙酸（EDTA），0.023；葡萄糖11.0（pH 7.4）。用95%的O连续鼓泡该溶液2-5%一氧化碳2并加热至37°C。动脉在3-6 ml min时过度扩张−1（浴缸容积，卡3或6毫升）。通过在PSS中用KCl等渗置换NaCl制备高外部钾溶液。

使用的化学品和药物

Fura-2 AM购自Molecular Probes。Iberiotoxin来自肽国际（美国肯塔基州路易斯维尔）。所有其他盐和药物均来自西格玛。尼索地平是Miles Laboratories（美国康涅狄格州西港）的a.Scriabine博士赠送的礼物。

数据分析、统计和呈现

膜电位值被确定为在30 s内通过光标选择的数据段测量的平均膜电位。当膜电位达到新的稳定水平时，在添加或移除物质前后采集数据段。为此，使用该程序的pCLAMP模块将Axotape二进制数据文件导入Origin（Microcal Software Inc.，Northampton，MA，USA）。对于图形表示，选定的数据图作为windows图元文件从Origin导出到CorelDraw（Corel Corp.，渥太华，加拿大）并进一步处理（轨迹和轴标签的加厚）。膜电位值以毫伏表示，作为混合单个杂质的平均值±样品标准偏差n个不同的动脉。动脉[Ca2+]使用以下公式计算（从格林基维茨等。1985):

方程式图像

每次实验结束时R（右）最小值和R（右）最大值从经离子霉素处理的动脉中测量（该溶液的成分见结果），并测定β。对于方案中的每组实验，将这些值合并并用于转换平均比值(R（右）)变成[Ca2+].K（K）天使用就地钙的滴定2+fura-2负荷动脉（见结果）。平均值之间的方差R（右）最大值,R（右）最小值β值在实验方案内和实验方案之间进行比较。对这些值进行方差分析，以确保所有测量值都可以跨实验方案进行比较。以下各项的汇总平均值R（右）最大值,R（右）最小值β分别为2.31±0.14、0.43±0.03和2.08±0.15（平均值±标准差。)分别是。由于没有改变加载条件或成像设备的光路，这些校准值在整个研究过程中保持非常相似。

单独记录时，直径值作为直径的ASCII文件导入与。时间进入原点并与钙结合2+压力和膜电位数据。故意关闭光路被用来在这些数据中创建标签，以提供与直径测量的同步。使用Origin分析数据。对于图形表示，选定的数据图作为windows图元文件从Origin导出到CorelDraw，并进行进一步处理（轨迹和轴标签的加厚）。直径值以微米表示为平均值±s.e.m.公司。对于n个船只。使用Student的配对或非配对方法，在95%–98%的置信水平下测试统计显著性t吨测试（如适用）。显著差异与。控制值在图形中由位于条或数据点顶部或下方的星号或匕首表示。

结果

呋喃-2钙负载条件的测定2+完整加压动脉的测量

脱酯化荧光染料fura-2引入了额外的流动钙2+缓冲至动脉壁平滑肌细胞的胞浆，因此，如果其胞内浓度过高，可以想象会改变动脉的收缩反应。因此，选择合适的fura-2负荷浓度的标准是其对脑动脉对压力和外部钾的收缩反应没有影响。为了探讨这个问题，在不同浓度（0、1、2、5和10μ米)呋喃-2 AM 45分钟（室温下）。压力（60 mmHg）-高钾（61 m米)-2μ米fura-2上午(图2)，然后将其用作本研究中的加载浓度。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f2.jpg
呋喃-2AM负载条件的测定

呋喃-2 AM负载浓度对正常PSS（6 m）中动脉直径的影响米K（K）+)和在升高的K中+（61米米)。用0、2和10μ米fura-2 AM在室温（～21°C）下保持45分钟。加压脑动脉对L-型钙阻滞剂的反应完全扩张2+频道。该水平被视为100%膨胀，由水平虚线表示*统计意义重大P（P）< 0.05.R（右）是340 nm和380 nm光激发时发射信号之间的比率；R（右）最小值是R（右）低于Ca2+-自由条件（5 m米EGTA）；R（右）最大值是R（右）低于Ca2+-饱和条件（2.4米米钙）；β是Ca下380 nm光激发时发射信号之间的比率2+-游离钙2+-饱和条件。

估算K（K）天fura-2在完整动脉中的表达

表观离解常数(K（K）天)估计了fura-2的钙含量就地受压（60 mmHg）脑动脉。动脉壁平滑肌细胞的钙通透性增加10μ米离子霉素，动脉上涂有含有140米的沐浴液米KCl，20米米氯化钠，5米米Hepes，5米米EGTA，1米米氯化镁2和5μ米尼葛酸，pH 7.15（用KOH调节），至少10分钟(佐藤、小崎和卡拉奇，1988年；Williams&Fay，1990年；Jensen、Mulvany、Aalkjaer、Nilsson和Yamaguchi，1993年；哈利勒、拉乔伊和摩根，1994年；Morgan&Jacob，1994年；尼尔森、詹森和马尔瓦尼，1994年；Chen&Rembold，1995年)。胞外游离钙2+]在这种沐浴液中，通过改变总钙的水平来改变2+，并使用6.79的EGTA稳定常数进行计算(马爹利和史密斯，1974年；佩兰，1979年)。改变镀液游离钙的效果2+]然后测定动脉荧光(图3)，产生明显的K（K）天第页，共282 n页米（通过对双对数图中平均数据点的线性拟合获得）(延森等。1993)与其他人的估计相比(佐藤等。1988；Williams&Fay，1990年；延森等。1993；尼尔森等。1994)。这个K（K）天随后使用该值来估计细胞内游离[Ca2+]在本研究中。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f3.jpg
确定原位K天fura-2的

缓冲液中游离钙与加载呋喃-2的加压（60 mmHg）脑动脉经钙渗透后的荧光比率之间的关系（见方法和结果；n个=11）。

血管内压力去极化，升高细胞内钙并收缩完整的受压脑动脉

血管内压力升高导致许多不同类型的肌源性小动脉中平滑肌细胞的分级膜电位去极化和血管收缩(Harder，1984年,1985；Brayden&Nelson，1992年；Knot&Nelson，1995年)。压力引起的收缩，而不是膜电位去极化(Knot&Nelson，1995年)被电压依赖性钙通道抑制剂阻止(Brayden&Nelson，1992年；Knot&Nelson，1995年；纳尔逊等。1995；打结等。1996)。血管内压力从10 mmHg升高到100 mmHg，大脑后动脉去极化从-63±1 mV(n个=3）至约-36±2 mV(n个=5；图4)。60 mmHg时的平均膜电位为-45.2±1.4 mV(n个= 27; 在该压力下来自所有对照测量的合并值）。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f4.jpg
血管内压力使加压脑动脉去极化

说明了膜电位和血管内压力之间的关系。每个点代表一个膜电位测量值。实线表示数据的多项式拟合。共收集了14条动脉的数据。

血管内压力升高引起的观察到的膜电位去极化应增加细胞内[Ca2+]通过激活电压依赖性钙通道(Nelson、Standen、Braydon和Worley，1988年；纳尔逊等。1990；Fleischmann、Murray和Kotlikoff，1994年；Rubart、Patlak和Nelson，1996年)。血管内压从10 mmHg升高到60 mmHg增加细胞内[Ca2+]从119±10到190±10牛顿米(n个=7），并导致动脉短暂扩张，随后持续收缩(图5一个)。在不到3 s的时间内，压力出现了阶梯式的增加和减少。[Ca增加和减少的时间过程2+]对于10到60毫米汞柱之间的压力阶跃，可以用指数拟合，时间常数（增加，单指数）为36.9±8.0秒(n个=12）和（衰减，两个指数）26.8±8和123.0±12.0 s(n个=12）。快速被动扩张后的压力收缩反应时间常数为38.4±11.0 s(n个=12），表明[Ca上升之间的密切关系2+]以及在这些条件下的部队发展速度。电压依赖性钙通道阻滞剂地尔硫卓（30μ米)，抑制压力诱导的细胞内钙升高和血管收缩(图5B类).

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f5.jpg
血管内压力升高细胞内钙2+并收缩受压动脉

压力阶跃从10毫米汞柱到60毫米汞柱对动脉壁钙和直径的影响(一个)和存在(B类)电压依赖性钙通道抑制剂地尔硫卓。

进一步探索和了解电压依赖性钙的作用2+通道在压力诱导收缩中的作用2+通道拮抗剂尼索地平（10n米)动脉壁上2+]在稳态条件下，在不同压力水平下进行了探索。尼索地平对血管平滑肌钙通道的表观半抑制浓度<1 n米，−40 mV时(Nelson&Worley，1989年)。血管内压从10 mmHg升高到100 mmHg增加细胞壁[Ca2+]从119±10到245±9牛顿米(n个= 7;图6一个)。然而，在尼索地平或不添加外源钙的PSS存在下2+，细胞内压力没有增加[Ca2+]. 细胞内[Ca2+]在80 mmHg时，在0 Ca中浸泡的动脉中是相同的2+（93±9牛顿）米,n个=7）或过量使用尼索地平（80±12 n米,n个= 7). 血管内压力从10毫米汞柱增加到100毫米汞柱，导致动脉收缩，收缩幅度约为Ca直径的45%2+-自由PSS（外径为0 Ca2+为208±10μm，n个= 8,与。116±7μ，n个=8，生理钙2+；图6B类)。加利福尼亚州2+通道抑制剂同样有效（198±11μm，10 n米尼索地平，n个=8）作为0外部Ca2+抑制压力引起的收缩(图6B类)。这些结果与压力诱导细胞内[Ca升高的观点一致2+]收缩取决于钙2+通过电压依赖型Ca进入2+通道（参见图8打结等。1998用于拟定事件序列的方案）。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f6.jpg
血管内压力对动脉壁钙的稳态影响2+和直径

血管内压力对动脉壁钙的影响2+(一个)和直径(B类)在PSS（±尼索地平，±外钙）中进行了说明。动脉壁Ca稳态增加2+动脉直径减少（相对于Ca的直径2+-在以下条件下测量游离PSS）：在PSS（•）中，在Ca中2+-自由PSS（^），在PSS中为10 n米尼索地平（▴）。

动脉壁钙和动脉直径的膜电位依赖性

研究膜电位的影响(五米)我们改变了完整加压（60 mmHg）动脉中平滑肌细胞的外钾+通过等渗置换NaCl在镀液中进行浓缩。将外部钾含量从6 m增加到16 m米导致膜超极化从-45±1.4到-58±1.4 mV(n个=9），使膜电位非常接近平衡电位(电子K（K）)对于K+，由于内向整流器K的激活+通道(爱德华兹、赫斯特和西尔弗伯格，1988年；奎尔等。1993b；打结等。1996; 另请参见图8)。这种超极化与动脉壁钙的减少有关2+192±14至126±7牛顿米(n个=4）。增加外部K+从16米到61米米导致膜电位去极化至-23±1.8 mV(n个=5）和动脉壁[Ca2+]增加到349±12 n米(n个= 4;图7)。存在81 m米K（K）+，二氢吡啶钙通道抑制剂尼索地平（10n米)动脉壁降低2+]至77±17牛顿米(n个= 4). 细胞外钾的关系+和五米16m以上米K（K）+是能斯主义者(图8)。因此，细胞外[K的膜电位+]（>16米米)根据这一关系进行估算。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f8.jpg
加压大脑后动脉的膜电位接近理论K+K时的平衡电位+高于16m米

K升高的影响+关于不同外部压力（60mmHg）脑动脉记录的膜电位[K+]. □, 数据±s.e.m.公司。虚线添加到表示理论（能斯脱）K的图表中+平衡电势(电子K（K）)作为外部[K的函数+]，假设细胞内[K+]145米米（37°C时）。浸泡在低于11 m的外部钾中的动脉的膜电位米偏离了能斯脱的预测。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f7.jpg
外源钾对动脉壁钙的影响2+以及在恒定（60mmHg等压）压力下的直径

显示外部K高程影响的原始迹线+从6米到81米米动脉壁钙2+(一个)和动脉直径(C类)。K标高+（从6米到11米米)通过激活内向整流钾通道导致膜电位超极化，从而导致动脉壁钙降低2+和血管扩张(打结等。1996)。水平虚线表示动脉的钙和直径水平，加压至60 mmHg，并在PSS（6 m）中浸泡米外部钾）。B类，条形图表示平均值±s.e.m.公司。动脉钙2+作为外部[K的函数+]. 外部[K的影响+]动脉壁钙2+通过添加10n，直径完全颠倒米尼索地平至81米处的过度流动缓冲液米K（K）+.D类，条形图表示平均值±s.e.m.公司。动脉直径作为外部[K的函数+].

动脉壁钙2+加压（60mmHg）脑动脉中，随着膜电位去极化，血管直径急剧增加和减小(图9一个和B类)。在60 mmHg下−45 mV的静息膜电位（±5 mV）周围，Ca的电压敏感性2+直径为7.5n米毫伏−1和7.5μm mV−1和Ca2+直径灵敏度为1μmn米−1动脉直径的整个范围（即完全扩张到几乎完全收缩，无管腔）与约35mV的膜电位变化和动脉壁Ca有关2+～250 n的变化米.

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f9.jpg
动脉壁的膜电位依赖性[Ca2+]和60毫米汞柱时受压脑动脉的直径

动脉壁钙的膜电位依赖性2+(一个)和直径(B类)。开放符号表示在尼索地平（Nis）存在下测得的值。测量的膜电位由空心和实心圆圈表示。填充的方块代表Ca2+根据计算的膜电位绘制的值（从图8)。水平虚线表示Ca水平2+或直径（存在10 n时）米尼索地平。垂直虚线表示生理盐水中加压至60 mmHg的动脉的膜电位、[钙]和直径。还注释了16 m内的超极化条件米K（K）+（16K）和61 m内的去极化条件米K（K）+（61K）。

压力诱导的膜电位去极化不受电压依赖性钙通道抑制剂的影响：尼索地平（10 n）存在时的膜电位米)60毫米汞柱时为-44.6±1.8毫伏(n个= 7). 同样，膜电位去极化对升高的外部钾（61 m米)在这种压力下，尼索地平也没有影响。61米动脉的膜电位米K（K）+在10 n条件下，PSS为-22.9±1.7 mV米尼索地平60 mmHg血管内压(图9一个和B类)。然而，Ca的海拔2+尼索地平（10 n）可完全抑制受压（60 mmHg）脑动脉对膜去极化的收缩反应米) (图9一个和B类)。这些关系表明，膜电位与生理外钾（PSS与6m）的9 mV去极化米K（K）+)会导致～45 n米动脉壁钙升高，约50μm（25%）收缩。图10说明了动脉直径和[Ca之间的关系2+]通过中数据的互相关获得图9受压（60 mmHg）脑动脉。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f10.jpg
动脉直径与动脉壁的关系[Ca2+]在60毫米汞柱的加压脑动脉中

数据来源于测量数据点的互相关，测量数据点取自图9一个和B类指出了生理盐水中加压动脉的[钙]-直径关系。这种关系应该描述受压（至60 mmHg）脑动脉对细胞内钙变化的反应。任何增加或降低动脉钙敏感性的药物都会将这种关系转移到左侧或右侧。

如果压力升高细胞内[Ca2+]仅通过膜电位的变化，然后通过动脉壁[Ca2+]应该与膜电位有关，而不是与血管内压力水平有关。图11表明膜电位与动脉壁钙之间的关系2+在等压条件（连续线）或非等压条件下（填充圆圈）是相同的。在10n存在的情况下米尼索地平加压不升高钙2+（开圆圈），这与在等压条件下观察到的情况类似（虚线）。这些结果表明膜电位，而不是血管内压力就其本身而言，决定细胞内[Ca的水平2+]在缺乏外源性激动剂和拮抗剂的情况下。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为tjp0508-0199-f11.jpg
动脉壁标高[Ca2+]血管内压力增加的反应取决于膜电位

[加利福尼亚州2+]将20、40、60、80、100和110 mmHg下的水平与这些压力下测量的膜电位进行绘制。还绘制了Ca的测量值2+作为60 mmHg等压条件下膜电位的函数（连续线通过图9一个)。尼索地平（10 n米)防止钙增加2+等压下膜电位的变化（通过外部K+，水平虚线自图9一个)和非等压（通过压力变化）条件。两条虚线表示拟合95%置信区间的边界。

结果与血管内压力导致膜电位去极化，从而打开电压依赖性钙离子通道的观点一致2+通道，增加Ca2+入口和动脉壁2+]，导致血管收缩。

讨论

本研究首次提供了动脉壁[Ca调节的信息2+]完整的大脑动脉及其对动脉直径的调节。我们的数据与以下机制一致（参见图8中的方案打结等。1998)。血管内压力升高导致分级膜电位去极化，这导致L型电压依赖性钙稳态开放概率分级增加2+通道(纳尔逊等。1990；Langton&Standen，1993年；奎尔等。1993一；弗莱什曼等。1994；鲁巴特等。1996)。这提升了Ca2+从而稳定细胞内[Ca2+]. 动脉壁标高2+]导致强迫发育、细胞缩短和血管收缩。我们的数据表明，动脉壁钙对血管内压力（范围为10–100 mmHg）的反应升高，完全可以通过诱导的膜电位变化（范围为-63至-36 mV）来解释，因此钙通过电压依赖性钙通道流入（参见图11)。在膜电位为正至约0mV时，压力也可以激活二氢吡啶敏感的电压依赖性钙通道，与膜电位变化无关(McCarron、Crichton、Langton、MacKenzie和Smith，1997年)。研究表明，血管内压力升高会使仓鼠颊囊小动脉中的稳态钙升高，从而导致肌源性收缩增加(达安吉洛等。1997).

加压动脉细胞内钙的生理范围

稳定的动脉壁[钙]可能由钙决定2+通过平滑肌细胞质膜的内流和挤压。在10 mmHg和生理盐水溶液中，稳态动脉壁[Ca2+]大约120牛顿米细胞膜电位约为-63 mV。钙通道抑制剂（如尼索地平）的添加或外钙的去除降低了动脉壁钙2+至约90 n米并防止Ca升高2+压力和膜电位去极化引起的收缩(图6,​,7,7,​,99和​和11）。11)。这些结果表明，只有一种类型的钙通道（二氢吡啶敏感的电压依赖性钙通道）调节钙2+进入整个压力（10–100 mmHg）和膜电位（-63至-23 mV）范围。随附手稿(打结等。1998)提供证据表明SR中的ryanodine受体可以通过调节K来改变稳态动脉壁钙钙通道，通过电压依赖性钙通道通过膜电位变化影响钙进入。然而，在非稳态条件下，SR中钙的快速释放，例如咖啡因，可能会导致钙的瞬时增加2+并且直径减小(打结等。1998).

当平滑肌膜电位从-65到-25 mV去极化时，受压（60 mmHg）大脑动脉的直径穿过其整个动态范围（完全扩张到最大收缩）。这种收缩是由细胞内[Ca]升高引起的2+]约120至350牛顿米因此，膜电位和细胞内[Ca的微小变化2+]导致动脉直径发生显著变化。例如，加压（60 mmHg）大脑动脉从−45 mV到～9 mV的膜去极化将使整体[钙]升高～45 n米并使血管收缩约25%。根据我们的研究，将槽[钙]从100 n提高到200 n米受压（70 mmHg）脑动脉收缩至完整受压动脉的直径(麦卡伦等。1997)。将槽[钙]升高至400 n米最大限度地收缩这些渗透性加压动脉(麦卡伦等。1997)与我们完整的动脉数据非常相似。因此，我们的数据和麦卡伦等。（1997年）强烈支持这样的观点，即大脑动脉中的主要钙进入途径是二氢吡啶敏感的电压依赖性钙通道，稳定的动脉壁钙的动态范围是100–400 n米.

钙通道的稳态电压依赖性决定了细胞内钙和直径的电压依赖性

我们的结果强烈表明动脉壁[Ca的电压依赖性2+]和直径反映了Ca的电压依赖性2+通道，因为选择性钙2+通道阻滞剂（如尼索地平和地尔硫卓）可防止细胞壁升高2+]防止或逆转血管收缩。大脑动脉中的钙通道在膜电位的生理范围内表现出陡峭的稳态电压依赖性(纳尔逊等。1988,1990；Langton&Standen，1993年；奎尔等。1993一；鲁巴特等。1996)。这与它们在确定动脉壁电压依赖性[Ca中的作用一致2+]和直径。细胞内[Ca的变化2+]在完整的加压动脉中测量到的分级膜去极化反应与在孤立的心肌细胞中测量的结果相似(Fleischmann，Wang，Pring&Kotlikoff，1996年)。细胞内[Ca稳定增加2+]约100 n米似乎是由大约0.5 pA Ca的增加引起的2+通过L型电压依赖型Ca的电流2+通道，在这些动脉的孤立心肌细胞中测量(鲁巴特等。1996)，以及其他组织中(弗莱什曼等。1994).

肌源性小动脉通常处于部分收缩状态（“肌张力”），根据外部刺激的需要，它们可以进一步扩张或收缩。在本研究中，我们描述了动脉壁[Ca变化的电压依赖性2+]以及由此引起的动脉直径变化(图9和​和10）。10)。这些关系有助于进一步了解血管活性激素和化合物的作用，其作用可能涉及改变钙的生化途径2+-除了膜电位的变化外，直径（即力的发展）的关系，因为它允许这两种途径的分离。

总之，这些结果支持稳定Ca的观点2+通过电压依赖性钙通道的内流调节细胞内[Ca2+]以及对血管内压力变化的反应中的肌源性张力。此外，本研究强调了动脉平滑肌膜电位在调节动脉直径中的关键作用。

致谢

我们要感谢克里斯蒂安·沃尔特博士对手稿的评论。这项工作得到了国家科学基金会拨款IBM-9631416和国家心肺血液研究所拨款44455和51728的支持。

工具书类

  • Bayliss WM公司。动脉壁对内压变化的局部反应。生理学杂志。1902;28:220–231. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Brayden JE，Nelson MT。通过激活钙依赖性钾通道调节动脉张力。科学。1992;256:532–535.[公共医学][谷歌学者]
  • Chen XL，Rembold CM。苯肾上腺素通过一种机电机制和三种药物力学机制收缩大鼠尾动脉。美国生理学杂志。1995;268：H74–81。[公共医学][谷歌学者]
  • D'Angelo G，Davis MJ，Meininger GA。钙和肌源性反应的机械传递。美国生理学杂志。1997;273：H175–182。[公共医学][谷歌学者]
  • Edwards FR，Hirst GD，Silverberg GD.大鼠脑小动脉向内矫正；钾离子参与自身调节。生理学杂志。1988;404:455–466. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Fleischmann BK，Murray RK，Kotlikoff MI。平滑肌细胞胞浆钙持续升高的电压窗口。美国国家科学院院刊。1994;91:11914–11918. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Fleischmann BK，Wang YX，Pring M，Kotlikoff MI。马气道肌细胞中的电压依赖性钙电流和胞浆钙。生理学杂志。1996;492：347–358。 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Grynkiewicz G、Poenie M、Tsien RY。新一代钙2+荧光性能大大提高的指示剂。生物化学杂志。1985;260:3440–3450.[公共医学][谷歌学者]
  • 猫大脑中动脉压力依赖性膜去极化。流通研究。1984年；55:197–202.[公共医学][谷歌学者]
  • 硬DR。猫大脑动脉肌源性调节的细胞机制。生物医学工程年鉴。1985;13:335–339.[公共医学][谷歌学者]
  • Jensen PE、Mulvany MJ、Aalkjaer C、Nilsson H、Yamaguchi H。游离胞浆钙2+用Ca测量2+-大鼠肠系膜阻力动脉的选择性电极和fura2。美国生理学杂志。1993;265：H741–746。[公共医学][谷歌学者]
  • Khalil RA，Lajoie C，Morgan KG。[Ca的原位测定2+]我α-蛋白激酶C亚型的易位阈值。美国生理学杂志。1994;266：C1544–1551。[公共医学][谷歌学者]
  • Knot HJ，Nelson MT。通过电压依赖K调节膜电位和直径+兔肌源性脑动脉的通道。美国生理学杂志。1995;269：H348–355。[公共医学][谷歌学者]
  • Knot HJ，Standen NB，Nelson MT。Ryanodine受体调节动脉直径和血管壁[Ca2+]通过钙在大鼠脑动脉中2+-从属K+频道。生理学杂志。1998;508:211–221. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Knot HJ、Zimmermann PA、Nelson MT、胞外K+-诱导大鼠冠状动脉和脑动脉超极化和扩张涉及内向整流钾+频道。生理学杂志。1996;492:419–430. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Langton PD，Standen NB公司。从大鼠基底动脉分离的心肌细胞中由电压阶跃和稳定电压引起的钙电流。生理学杂志。1993;469:535–548. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • McCarron JG，Crichton CA，Langton PD，MacKenzie A，Smith GL.通过调节离体大鼠脑动脉中电压依赖性钙电流的肌源性收缩。生理学杂志。1997;498:371–379. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • McCarron JG，Osol G，Halpern W。肌源性反应独立于大鼠受压大脑后动脉的内皮细胞。血管。1989;26:315–319.[公共医学][谷歌学者]
  • 马爹利AE，史密斯RM。临界稳定性常数。纽约：Plenum出版社；1974[谷歌学者]
  • 乔治亚州梅宁格，Davis MJ。血管肌源性反应的细胞机制。美国生理学杂志。1992;263：H647–659。[公共医学][谷歌学者]
  • Meininger GA、Zawieja DC、Falcone JC、Hill MA、Davey JP。肌源性和激动剂刺激期间分离小动脉中的钙测量。美国生理学杂志。1991;261：H950–959。[公共医学][谷歌学者]
  • Morgan AJ，Jacob R.离子霉素增强Ca2+内流是通过刺激储存调节的阳离子进入而不是通过直接作用于质膜。生物化学杂志。1994;300:665–672. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Nelson MT、Cheng H、Rubart M、Santana LF、Bonev AD、Knot HJ、Lederer WJ。钙火花放松动脉平滑肌。科学。1995;270:633–637.[公共医学][谷歌学者]
  • Nelson MT、Conway MA、Knot HJ、Brayden JE。氯离子通道阻滞剂抑制大鼠脑动脉肌源性张力。生理学杂志。1997;502:259–264. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Nelson MT、Patlak JB、Worley JF、Standen NB。钙通道、钾通道和动脉平滑肌张力的电压依赖性。美国生理学杂志。1990;259：C3-18。[公共医学][谷歌学者]
  • Nelson MT，Quayle JM。动脉平滑肌钾通道的生理作用和特性。美国生理学杂志。1995;268：C799–822。[公共医学][谷歌学者]
  • Nelson MT、Standen NB、Brayden JE、Worley JF.、III去甲肾上腺素通过激活电压依赖性钙通道收缩动脉。自然。1988;336:382–385. 1038/336382a0年10月10日. [公共医学][谷歌学者]
  • Nelson MT，Worley JF。二氢吡啶对兔肠系膜动脉单钙通道的抑制和收缩依赖于电压。生理学杂志。1989;412：65–91。 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Nilsson H、Jensen PE、Mulvany MJ。大鼠肠系膜小动脉中肾上腺素受体介导的钙直接进入的次要作用。血管研究杂志。1994;31:314–321.[公共医学][谷歌学者]
  • 佩林DD。金属离子络合物的稳定常数，B部分：有机配体。牛津，纽约：佩加蒙出版社；1979[谷歌学者]
  • Quayle JM、McCarron JG、Asbury JR、Nelson MT。大鼠阻力大小脑动脉中的单钙通道。美国生理学杂志。1993年a；264：H470-478。[公共医学][谷歌学者]
  • Quayle JM、McCarron JG、Brayden JE、Nelson MT向内整流器K+来自大鼠阻力大小的脑动脉的平滑肌细胞中的电流。美国生理学杂志。1993年b；265：C1363–1370。[公共医学][谷歌学者]
  • Rubart M、Patlak JB、Nelson MT.Ca2+生理钙水平下大鼠脑动脉平滑肌细胞的电流2+浓度。普通生理学杂志。1996;107:459–472. 10.1085/jgp.107.4.459.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Sato K，Ozaki H，Karaki H。使用荧光钙指示剂fura-2同时测量收缩时血管平滑肌条中胞浆钙水平的变化。药理学和实验治疗学杂志。1988;246:294–300.[公共医学][谷歌学者]
  • Williams DA、Fay FS。荧光钙指示剂Fura-2的细胞内校准。细胞钙。1990;11:75–83. 10.1016/0143-4160（90）90061-X. [公共医学][谷歌学者]
文章来自生理学杂志由提供生理学会