膜片钳技术讲座幻灯课件

膜片钳技术讲座2002年11月20日膜片钳技术讲座2002年11月20日1第一部分膜片钳技术基本概念第二部分离子通道基本知识第一部分2第一部分膜片钳技术的基本概念第一部分3主要内容1.膜片钳技术简介2.膜片钳系统中的电位（电压）与电流3.膜片钳系统中的电阻4.膜片钳系统中的电容5.膜片钳系统中的串联电阻和电容补偿6.膜片钳系统中的漏减功能7.膜片钳系统中的信号滤波主要内容1.膜片钳技术简介41976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到乙酰胆碱（Acetylcholine,ACh）激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术（patchclamptechniques）。1980年Sigworth等获得10-100GΩ的高阻封接（Giga-seal），1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进，引进了全细胞记录技术，从而使该技术更趋完善，1983年10月，《Single-ChannelRecording》一书的问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。1.膜片钳技术简介1.膜片钳技术简介5膜片钳技术讲座幻灯ppt课件6膜片钳技术讲座幻灯ppt课件7内尔(Neher)萨克曼(Sakmann)（1944-）（1942-）（德国细胞生理学家）（德国细胞生理学家）

合作发明了膜片箝技术，并应用这一技术首次证实了细胞膜上存在离子通道。这一成果对于研究细胞功能的调控至关重要，可揭示神经系统、肌肉系统、心血管系统及糖尿病等多种疾病的发病机理，并提供治疗的新途径。二人共获1991年诺贝尔奖。内尔(Neher)8膜片钳记录技术创立以来，记录方式的变化

经典记录模式：贴附式（Cell-attached或oncell)内膜向外式(Inside-out)外膜向外式(Outside-out)全细胞记录方式(Whole-cellrecording)

发展记录模式：穿孔膜记录方式（Perforatedpatches）穿孔囊泡记录方式（Perforatedvesicles）高阻封接巨膜片记录方式（Gigaseal-Macropatch）松散封接记录方式(Loosepatchclamp)细胞内灌流记录方式(Intracellularperfusionpatch)巨大切割膜片钳记录方式（Giantexcisedpatches）膜片钳记录技术创立以来，记录方式的变化9

使用的标本从肌细胞（心肌、平滑肌、骨骼肌）、神经元发展到卵母细胞、内分泌细胞、血细胞、肝细胞等其它多种细胞；从急性分散细胞和培养细胞（包括细胞株）发展到脑片或组织块乃至整体动物。从蜗牛、青蛙、蝾螈、爪蟾卵母细胞发展到大鼠、人等等。

卵母细胞膜片钳技术、脑片膜片钳技术使用的标本10脑片膜片钳技术1．脑片撕裂法（Slicerendingmethod）（引自：Stuartetal.,1993）（引自：AscherP,1989）10μM10μMab（引自：TheAxonGuide》，1993。有改动）2．表面清洁法（Surfacecleaning法）3.红外微分干涉相差显微镜法（IR-DIC法）4.盲法（Blind法）脑片膜片钳技术（引自：Stuartetal.,1911

2.膜片钳系统中的电位（电压）与电流钳制电位（Holdingpotential,Vh）

人为地将细胞膜内外电压差固定在某一数值，这一数值即为钳制电压或钳位电压。实施这一行为的技术为电压钳技术（Voltageclamp）。命令电压（Commandvoltage,Vcmp）通过放大器或计算机发出的电压指令，用于钳制细胞膜电位。2.膜片钳系统中的电位（电压）与电流12

电极电压降（Pipettevoltagedrop，Vp）

由于有电极电阻（Rp）的存在，命令电压通过时就会产生电压降：Vp=IRp，

因此细胞接受的钳位电压为Vh=Vcmp-Vp。误差产生。

而信号电压在被摄取时也会经过电极电阻，同样会产生电压降，产生误差。补偿方法：串联电阻的补偿。

电极电压降（Pipettevoltagedrop，Vp13液界（接）电位（Liquidjunctionpotential）

主要成分：1.液体--金属：Pt电极、AgCl电极与电极内液，又称电极电位；2.电极内液--细胞外液；3.电极内液--细胞内液（细胞较小、电极开口较大时，此值较小，破膜后，等待一定时间即可消除）。

范围：可达几百mV。补偿方法：“Track”，“Offset”。液界（接）电位（Liquidjunctionpoten14浴液电位（Bathpotential,Vb）

一般情况下，浴液通过参比电极接入工作地，所有测量的电信号均为相对于此工作地的电位或电流。为真实地反映测量信号V，理论上要求Vb为0。V=Vtotal-Vb，Vb=I

Rb，

V为测量信号，I为钳制电流。

Vb的存在主要是因为浴液电阻Rb的存在。减小Rb就可降低Vb。要减小Rb就必须知道Rb的来源。浴液电位（Bathpotential,Vb）15Rb大体上有三个来源：

1.细胞膜表面与参比电极之间的浴液通路电阻Ra=ρ/4πr(mm)，r为细胞半径。一般为几百Ω。

2.琼脂盐桥电阻Ragar=ρL(cm)/S(cm2)，浴液与KCl液。长1cm，直径2mm的盐桥，Ragar=130Ω(KCl液),Ragar=2600Ω(Ringer液)

3.参比电极电阻与接触面积有关（越大越好），一般上kΩ。总电阻大于1kΩ。Rb大体上有三个来源：16在下列情况下，浴液电阻Rb会发生变化，导致记录的信号出现偏差：1.浴液中Cl-浓度发生大的变化；（AgCl直流漂移）2.浴液温度浓度发生大的变化；（ρ）3.钳制大细胞如卵母细胞时（钳制电流较大）。减小Rb的方法：1.去除琼脂/KCl盐桥盐桥的优点：解决AgCl直流漂移，防止Ag、Pt进入浴液；盐桥的缺点：盐桥电阻，KCl扩散2.增大参比电极与浴液的接触面积其它控制Vb的方法：钳制、去除在下列情况下，浴液电阻Rb会发生变化，导致记录的信号出现偏差17电极（Electrode）

最常用的是Ag/AgCl电极和Pt电极。1.Ag/AgCl电极Ag+Cl-AgCl

+e-（记录电极接受电子）特点：①可逆性；②消耗性；③适用于浴液中含有Cl-的情况；④使用不当时，Ag+可进入浴液影响蛋白活性。电极（Electrode）182.Pt电极2H2O+2e-

→2OH-+H2

↑2H2O-2e-

→

4H++O2↑特点：①不可逆性（不同电流方向化学反应不同）；②不消耗性；③液体与Pt之间的液界电位较大；④可导致局部pH发生变化。2.Pt电极193.Electrode与pipette的区别Electrode

指Ag/AgCl电极和Pt电极，在膜片钳技术中，由于记录电极外被玻璃管，而参比电极（浴液电极）是裸露的，因此常指参比电极。Pipette

指膜片钳电极，为拉制出的玻璃管，它不是真正意义上的电极，而是真正电极的依托。Microelectrode

指细胞外记录电极。Micropipette

指细胞内记录电极（包括全细胞记录电极）。3.Electrode与pipette的区别20离子通道电流（Ionchannelcurrent）

指离子通道开启时离子跨膜流动产生的电流。离子流动方向取决于细胞膜内外离子浓度差和电学梯度。通道型受体通道开放时为受体电流，全细胞记录时为全细胞电流，单通道记录时为单通道电导（Conductance），单位是西门子（S）,常用pS，符号为G。

Na-K泵产生的电流为泵电流，Na-Ca交换体电流为交换电流。离子通道电流（Ionchannelcurrent）21输入漏电流（Inputleakagecurrent）

理论上讲，不施加外部命令时，通过放大器探头的电流应该为0，如果由于放大器本身的原因产生了电流，这就是漏电流。由于放大器的控制电流漂移的质量很高，一般漏电流都很小，几个pA。

漏（减）电流（Leakcurrent）细胞膜的被动反应电流，为线性电流。封接电流（Sealcurrent）由于封接质量不高（没有形成良好的高阻封接），从封接处产生的电流。成为噪声。输入漏电流（Inputleakagecurrent）22内向电流（Inwardcurrent）

从细胞外进入细胞内的正离子（如Na+）电流或从细胞内流向细胞外的负离子（如Cl-）电流。

外向电流（Outwardcurrent）

从细胞内流向细胞外的正离子（如K+）电流或从细胞外流向细胞内的负离子（如Cl-）电流。内向电流（Inwardcurrent）233.膜片钳系统中的电阻

膜电阻（Membraneresistance,Rm）

指脂质双分子层的跨膜电阻，反映离子是否容易穿透细胞膜。在细胞膜离子通道关闭时，Rm很大，可达几百MΩ。不同于膜电容，各种细胞的Rm变异较大。膜输入阻抗（Membraneinputresistance,Rin）对Rm的测量是通过对膜输入阻抗的测量间接得到的。给细胞膜施加一系列刺激方波，测定跨膜电流，根据欧姆定律即可求出Rin。注意要在形成全细胞记录时测定，在形成高阻封接时，Rin=Rseal。3.膜片钳系统中的电阻膜电阻（Membraneresi24

封接电阻（Sealresistance,Rseal）

形成高阻封接时的电极电阻。高阻封接叫做“Gigaseal”，为1GΩ及以上的电阻，如果封接不良，则会产生封接电流。1KΩ=1,000Ω,1MΩ=1,000KΩ,1GΩ=1,000MΩ.1GΩ=109Ω.

电极电阻（Pipetteresistance,Rp）电极由两部分组成，即圆桶形的杆部和圆锥形的尖端部。总的电极电阻可用下式表示：ρ为电极内液的电阻率，l为杆部长度；rs为圆锥形的起始半径（μm）；rt为电极尖端半径（μm）；φ为电极尖端圆锥形的角度。封接电阻（Sealresistance,Rseal）25

串联电阻（Seriesresistance,Rs）和通路电阻（接触电阻）（Accessresistance,Ra）

Ra是指有效电信号整个电路上的电阻。Rs是指流过电极尖端的电流所遇到的任何电阻。当将电极放入浴液中或在形成高阻封接时，Rs主要是电极电阻；全细胞记录模式形成后，Rs包括电极电阻Rp、破裂膜的残余膜片电阻、细胞内部电阻。后两者统称为通路电阻Ra，破裂膜的残余膜片电阻占Ra的主要成分。由于这些电阻在电学上是串联在一起的，故称串联电阻。Rs和Ra有时也互相通用。串联电阻（Seriesresistance,Rs）和26

漏电阻（Leakrisistance,RL）

又叫被动反应电阻（Passiveresistance），亦即稳态电阻（Steady-stateresistance）。是指细胞膜在某一钳制电位下离子通道恒定开启时细胞膜的阻抗。在不同的钳位电压下，RL是不同的。计算公式为：

RL=ΔV/kΔI=ΔW/kΔDΔW是钳位电压与初始电压差，ΔD为上述情况的电流差。k为转换因子。漏电阻（Leakrisistance,RL）274.膜片钳系统中的电容

膜电容（Membranecapacitance,Cm）

细胞膜的脂质双分子层是电的不良导体，因而由细胞外液-脂质双分子层-细胞内液就构成了细胞膜电容。Cm的大小与细胞膜表面积（包括内陷折叠部分）成正比，与脂质双分子层的厚度成反比。对于一个球形细胞，膜电容的计算公式为：

Cm=πd2/100(pF)d为细胞直径（μm）。实际上由于有细胞膜内折（Infolding）的存在，Cm要比这大1.5-3倍。一般情况下，生物膜的电容大体都是1μF/cm2。4.膜片钳系统中的电容膜电容（Membranecapa28跨壁电容（Transmuralcapacitance,Ct）

电极浸液部分的内外液之间形成的电容，跨壁电容的介质为玻璃电极壁，因此，其为对细胞外液（浴液）电容。在膜片钳实验中其值可能很大，一般电极浸液深1mm会产生1pF或更大一些的电容。减小跨壁电容的方法：

1.加厚电极管壁：采用厚壁玻璃毛坯拉制电极，或在电极浸液部分外部涂以硅胶树脂（Sylgard）等疏水性物质。

2.减小电极浸液深度：浸液部分越大，Ct越大。

3.补偿电路：即使采取了以上机械物理上的措施，仍会有残余的跨壁电容存在。因此可进一步采用膜片钳放大器内设的电容补偿电路进行补偿。跨壁电容（Transmuralcapacitance,29漂浮电容（Straycapacitance,Cs）电极非浸液部分与邻近地表之间形成的电容以及电极夹持器、探头导线与邻近地表之间形成的电容等。又称寄生电容或杂散电容，为对地电容。Ca为缓冲运算放大器的输入端与大地及其自身电源、机壳之间的输入电容。CaCs}Ct漂浮电容（Straycapacitance,Cs）Ca30

电极电容（Pipettecapacitance,Cp）电极电容包括跨壁电容（Ct）、电极非浸液部分与邻近地表形成的漂浮电容（Cs）。在电压钳实验中，对电极电容进行补偿有几个目的：1.“美容”效果：电极电容的充放电电流搀杂在离子通道电流中；2.电极尖端的电压由于电极电容的充电而变化缓慢，快速激活的离子通道电流因而受到歪曲；3.如果电极电容没有进行正确补偿，将不能区分电极电容的充电电流与膜电容的充电电流，导致膜电容被过高估计。电极电容（Pipettecapacitance,Cp）31慢电容（Slowcapacitance,Cslow）与快电容（Fastcapacitance,Cfast）

补偿输入端Rf电流输出端命令电压微电极通路（电极）电阻慢（细胞）电容快（电极）电容高阻封接形成后，快电容主要为电极电容，慢电容为膜片电容，后者数值较小。因此此时要补偿的电容主要为电极电容。打破细胞膜形成全细胞记录模式后，主要补偿的是慢电容，即细胞膜电容。慢电容（Slowcapacitance,Cslow）32

输入电容（Inputcapacitance,Cin）是膜片钳系统中的分布电容，在膜片钳实验中会给有效信号的记录造成影响，因此必须予以去除。主要包括：1.跨壁电容Ct；2.电极非浸液部与邻近地表之间形成的漂浮电容Cs；3.电极夹持器、探头线与地表间形成的漂浮电容Cs；4.放大器输入端与大地、自身电源、机壳间的输入电容Ca。Cin共约几个到十几个pF。输入电容（Inputcapacitance,Cin）33时间常数（Timeconstant,τ）是指电容充放电变化了原来的63%时所需要的时间。膜反应的时间常数τ＝Rs×Cm当Rs=10MΩ，Cm=33pF时，膜反应的时间常数τ=330μs，破膜形成全细胞记录模式后，通路电阻Ra一般比电极电阻大两倍，充放电时间更长。时间常数（Timeconstant,τ）34膜电容充电时，跨膜电流Im由Icharge和IRm组成，Icharge为膜电容瞬变值，IRm很快达到稳定，成为稳态成分。膜电容放电时，跨膜电流Im为Idischarge，此时没有稳态成分电流。显然，Icharge=Idischarge。膜电容充放电时跨膜电流变化曲线充电电流放电电流ImIchargeIRmIdischargeITime(τ)膜电容充电时，跨膜电流Im由Icharge和IRm组成，35一、串联电阻补偿Rs引起的误差有如下三方面1.膜电位对步阶命令电压的反应时间延迟;2.串联电阻产生电压降，严重影响膜钳制电位的数值;3.串联电阻与膜电容形成了一个单极RC滤波器，限制了摄取电流信号的带宽.5.膜片钳系统中的串联电阻和电容补偿一、串联电阻补偿5.膜片钳系统中的串联电阻和电容补偿36串联电阻补偿的目的1.加速膜电位对步阶命令电压的反应时间

膜反应时间常数τ＝RsCm。补偿后，τ＝RsCm(1－%PREDICTION/100)。若Rs=10MΩ，Cm=5pF，%PREDICTION分别为0、50、90时，则τ分别为50μs、25μs、5μs。膜电位Vm为：

可见补偿后，明显加快了膜电位对命令电压的反应时间。串联电阻补偿的目的372.去除串联电阻产生的电压降电极电压降Vp=Rs×Im，Im为膜离子通道电流。如果Im=2nA，Rs=10MΩ，则Vp=20mV，表明膜电位将偏离钳位电压20mV。CORRECTION电路3.消除RsCm滤波器对摄取信号带宽的限制

单极RC滤波器对电流幅度无影响，但滤波器的角频率（-3dB）f＝1/2πRsCm。当Rs=10MΩ，Cm=33pF时，f＝483Hz，即此滤波器将信号的带宽限制为480Hz。串联电阻补偿达90%时，信号带宽由原来的f＝1/2πRsCm＝320Hz增加为f＝1/2π(Rs/10)Cm＝3200Hz＝3.2KHz。2.去除串联电阻产生的电压降38二、电极电容及膜电容补偿

1.

Axopatch放大器（Axopatch1和200系列）提供两对儿对电极电容进行补偿的控制钮：

Fastmagnitude和Fasttimeconstant（τ）钮

Slowmagnitude和Slowtimeconstant（τ）钮“Fast”钮补偿快电容，即放大器输入电容，其中以电极电容为主；“Slow”钮补偿慢电容，即电极尖端与大地之间的电容，主要是膜片电容。大部分的电容瞬变值可用“Fast”控制钮进行补偿。提供WHOLE-CELLCAP钮用于补偿膜电容。二、电极电容及膜电容补偿39Axopatch200B

Fastmagnitude,Fasttimeconstant（τ）钮Slowmagnitude,Slowtimeconstant（τ）钮WHOLE-CELLCAP钮Axopatch200B40GeneClamp500B

Fastmagnitude,Fasttimeconstant（τ）钮Slowmagnitude,Slowtimeconstant（τ）钮GeneClamp500B412.Axopatch放大器（Multiclamp700A）所有控制钮均由计算机程序“MultiClampCommander”所控制，其对电极电容和膜电容的补偿可自动进行，并能自动显示补偿的数值。膜片钳技术讲座幻灯ppt课件424.EPC-9放大器同样提供了快电容与慢电容补偿功能：C-Fast功能钮用于补偿快电容，即补偿电极电容和其它漂浮电容。也包括电流幅度与时间常数τ值两个补偿功能，其范围分别为0-10pF、0.5-8μs。C-Slow功能钮用于补偿慢电容，即细胞膜电容。EPC-9还提供对快慢电容的自动补偿功能。4.EPC-9放大器同样提供了快电容与慢电容补偿功能：43漏电流（Leakcurrent）当膜内外电压差发生变化时，膜电阻会有电流通过，膜电容会有充放电反应，即为电阻电流和电容电流。它们都是非通道电流，这种电流的I-V曲线呈直线。为准确反映电压门控性离子通道电流，就需要消除漏电流。

6.膜片钳系统中的漏减功能漏电流（Leakcurrent）6.膜片钳系统中的漏减功44

漏减的意义线性被动反应电流非线性电压门控性电流电阻电流和电容电流离子通道电流pClamp采入的细胞电流P/N漏减有整流无整流电压门控性离子通道电流漏电流V=IRcV=IRv漏减的意义线性被动反应电流非线性电压门控性电流电阻电流和电45IchargeIdischargeIRm漏电流的表现IchargeIdischargeIRm漏电流的表现46几种漏减功能（Axopatch系统）1.放大器漏减功能(Leaksubtractionofamplifier)2.P/N漏减功能(P/Nleaksubtraction)3.定标P/N漏减功能(ScaledP/Nleaksubtraction)4.Clampfit漏减功能(LeaksubtractionofClampfit)

几种漏减功能（Axopatch系统）47放大器漏减功能（Leaksubtractionofamplifier）封接后破膜后膜电容补偿后漏减后放大器漏减功能（Leaksubtractionof48P/N漏减功能（P/Nleaksubtraction）20ms4nA-100mV-60mV+40mVP/N漏减前P/N漏减后P/N漏减功能（P/Nleaksubtraction49定标P/N漏减功能（ScaledP/Nleaksubtraction）漏电流漏减前P/N漏减后定标P/N漏减后定标P/N漏减功能（ScaledP/Nleaksub50漏减不当的表现刺激结束时出现Na电流出现反向Na电流漏减不当的表现刺激结束时出现反向Na电流51滤波的目的通过选择性去除某些信号频率而使信号中的噪声变小，使信号变得清晰、易于分辨。膜片钳技术中最常用的是低通滤波。-3dB频率（f-3dB）信号带宽的角频率。在这个频率上，滤波器的输出电压衰减为原信号电压的√1/2（0.7071）。

7.膜片钳系统中的信号滤波滤波的目的7.膜片钳系统中的信号滤波52滤波器的种类

低通滤波（Low-passfilter）:适用于膜片钳单通道与全细胞记录。1-2kHz。

高通滤波（High-passfilter）:又称交流耦合（ACcoupling）。适用于细胞内记录突触放电，可降低膜电位的低频振荡所带来的干扰。

带通滤波（Band-passfilter）:为低通与高通滤波的交叉，注意高通频率不能高于低通频率。

带阻滤波（Band-rejectfilterorNotchfilter）:适用于去除交流电干扰。滤波器的种类53低通滤波带阻滤波带通滤波高通滤波低通滤波带阻滤波带通滤波高通滤波54低通-3dB500Hz滤波滤波前低通-3dB500Hz滤波滤波前55第二部分离子通道基本知识第二部分56主要内容1.电压门控性离子通道的动力学2.配体门控性离子通道的特性3.自发突触活动分析主要内容1.电压门控性离子通道的动力学57

1.电压门控性离子通道的动力学电流密度（Currentdensity）

单位细胞膜面积的通道电流大小。在进行全细胞电流记录时，由于细胞直径大小的不同，离子通道数目也不相同，因此为便于不同细胞间的比较，采用电流密度这一概念。由于膜电容的大小与细胞大小成正比（Cm=πd2/100），故

电流密度=Im/Cm(pA/pF)1.电压门控性离子通道的动力学58

静息膜电位（Restingmembranepotential）Nerst方程：Es:跨膜电位,R:气体常数,T:绝对温度,F:法拉弟常数zs:离子价,[S]o:细胞膜外离子浓度,[S]i:细胞膜内离子浓度Goldman-Hodgkin-Katz（GHK）方程：P为相对通透力(RelativePermeability),Pk:PNa:PCl=1:0.04:0.45RTzsFln[S]o[S]iEs＝RTFlnPk[K]o+Es＝PNa[Na]o+PCl[Cl]iPk[K]i+PNa[Na]i+PCl[Cl]o静息膜电位（Restingmembranepoten59阈电位（Thresholdpotential）阈下电位（Subthresholdpotential）

对于电压门控性钠通道来说，当膜电位去极化到一定数值时，离子通道就会大量开放，引起动作电位产生。此去极化数值即为钠通道的阈电位。一般钠通道的阈电位比细胞膜静息电位的绝对值低10-20mV。而钠通道在阈下电位时，仅有少数开放，不足以引起动作电位。阈电位（Thresholdpotential）60膜片钳技术讲座幻灯ppt课件61

钾和钙通道的阈电位对于电压门控性钾和钙通道来说，当膜电位去极化到一定数值时，就会有离子通道开放，可记录出通道电流。此去极化数值即为通道的阈电位。钾和钙通道的阈电位62激活（Activation）通常用激活曲线表示，反映通道开启的难易程度。g/gmax=1-{1+exp[(Vm-V1/2)/K]}-1gNa=INa/(E-ENa),E为去极化钳制电位，ENa为钠通道的平衡电位。Vm(mV)g/gmax激活（Activation）Vm(mV)g/gmax63

失活

通道的失活有两种情况：1.衰减（Decay）:指通道在激活因素持续存在条件下的关闭，全细胞电流的衰减反映通道的失活快慢，用衰减的时间常数或10-90%时间来表示。2.稳态失活（Steady-stateinactivation）:它反映通道失活数目的电压依赖性。一般用失活曲线（Inactivationcurve）来表示。失活64衰减（Decay）电流的衰减过程可用单指数方程或双指数方程拟合（Fit）：Y=A1exp[-(t-k)/τ]+A2或

Y=A2exp[-(t-k)/τ2]+A1exp[-(t-k)/τ1]+Cτ2τ1衰减（Decay）τ2τ165

稳态失活（Steady-stateinactivation）

采用双脉冲方波实验方法。

稳态失活（Steady-stateinactivatio66采用Boltzmann方程对失活曲线进行拟合I/Imax={1+exp[(V-V1/2)/k]}-1

采用Boltzmann方程对失活曲线进行拟合67失活后的恢复采用双脉冲方波实验方法。

2nA20ms-50mVVh=-90mV失活后的恢复2nA20ms-50mVVh=-90mV68I-V曲线（Current-voltagecurve）电流-电压关系曲线。可反映通道的如下动力学参数：激活过程阈电位反转电位整流特性

I-V曲线（Current-voltagecurve）69整流（Rectification）电流和电压的关系不满足欧姆定律的直线关系。原因是离子通道的开放导致膜电阻发生了变化。有整流无整流V=IRcV=IRv离子通道不开放时膜的被动反应离子通道开放时膜的主动反应整流（Rectification）有整流无整流V=IRcV70外向整流随膜电位的去极化，I-V曲线明显向Y轴（电流轴）靠近。如IK电流。内向整流随膜电位的去极化，I-V曲线明显向X轴（电压轴）靠近。如烟碱电流。IK电流的外向整流烟碱电流的内向整流去极化方向去极化方向外向整流IK电流的外向整流烟碱电流的内向整流去极化方向去71去激活（Deactivation）指通道在激活因素结束时的关闭过程，所记录到的电流称为尾电流（Tailcurrent）。5ms2nAVh=-100mV-40mV-70mV去激活（Deactivation）5ms2nAVh=-1072

尾电流的电压依赖性尾电流的电压依赖性73

尾电流的电压依赖性25ms1nA0mV-70mVVh=-90mV尾电流的电压依赖性25ms1nA0mV-70mV74电流的Rundown现象

指随着记录时间的延续，通道电流逐渐降低的现象。许多种类的细胞其钙电流都具有Rundown现象。全细胞封接模式形成以后，由于电极充灌液迅速充斥于细胞内，细胞内大分子成分与之形成交换透析，造成稀释或丢失。同时，细胞内ATP也因稀释而严重不足，但钙离子的外排耗能却较大，这是导致Rundown现象发生的直接原因。电流的Rundown现象75减小电流Rundown的方法：1.电极内充灌ATP、GTP等可减弱Rundown发生速率。2.采用穿孔式膜片钳记录方法（Perforatedpatchclamp），由于其只在细胞膜上用药物形成微小孔洞而不打破细胞膜，所以细胞内大分子成分和ATP均不会被稀释或丢失，能够有效地抑制Rundown现象的发生。减小电流Rundown的方法：76

2.配体门控性离子通道的动力学

浓度依赖性（Dose-dependent）电压依赖性（Voltage-dependent）失敏（Desensitization）使用依赖性（Use-dependent）2.配体门控性离子通道的动力学77细胞外细胞内细胞外细胞内78Glu受体电流2s1nA500ms1nAGlu受体电流2s1nA500ms1nA79GABAA受体电流GABAA受体电流80

3.自发突触活动分析

微小兴奋性突触后电流（Miniatureexcitatorypostsynapticcurrent,mEPSC）mEPSC是突触前膜Glu随机量子释放引起的突触后膜反应，其频率的增高一般反映单位时间内Glu随机量子释放的数目增加，它不受TTX的影响。3.自发突触活动分析81

自发兴奋性突触后电流（Spontaneousexcitatorypostsynapticcurrent,sEPSC）sEPSC是突触前膜由自发动作电位诱发的Glu释放而引起的突触后膜反应。sEPSC频率的增高反映单位时间内Glu释放量的增加，包括Glu随机量子释放的数目增加以及自发动作电位诱发的Glu量子释放数目的增加。自发兴奋性突触后电流82250ms400pAmEPSCsEPSC、mEPSC250ms400pAmEPSCsEPSC、mEPSC83

自发动作电流（Spontaneousactioncurrent,sAC）。当由突触前膜自发动作电位诱发的Glu量子释放达到较大数量时，突触后膜在产生的sEPSC基础上就引发了sAC。sEPSC和sAC成分中均有大量钠通道的参与。自发动作电流84自发抑制性突触后电流（Spontaneousinhibitorypostsynapticcurrent,sIPSC）微小抑制性突触后电流（Miniatureinhibitorypostsynapticcurrent,mIPSC）自发抑制性突触后电流85