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目的 纳米银粒子(silver nanoparticles,Ag-NPs)是使用最广泛的纳米材料之一。Ag-NPs除了具有纳米材料所有共有的优良特性外,还具有广谱、高效的杀菌作用和促进伤口愈合的作用。因此,Ag-NPs除了被广泛地应用于电学领域外,也被广泛地应用于水质消毒、抗菌医疗器械、创面敷料、食品保鲜、化妆品以及生物分子追踪等领域。随着Ag-NPs的广泛应用,生物体乃至人体接触或摄入Ag-NPs的几率增加,Ag-NPs的生物安全问题也引起了人们的关注。很多研究表明Ag-NPs具有细胞毒性作用。目前,已有研究证明了 Ag-NPs在肝脏、肺、神经系统和脑组织的毒性作用,但其心脏毒性效应尚鲜有报道。本课题旨在研究Ag-NPs对心肌细胞跨膜电位(transmembrane potentials,TMP)的影响。方法 分离C57BL/6J小鼠左心室乳头肌(papillary muscle),用标准玻璃微电极细胞内记录技术记录乳头肌细胞动作电位,分析跨膜电位各参数的变化。结果 于细胞外液中加入Ag-NPs(终浓度10 μg/ml)后,乳头肌细胞动作电位形态大约在8～15 min后开始逐渐变化,表现为静息电位(resting potential,RP)减小,动作电位振幅(action potential amplitude,APA)和0期最大除极速度(Vmax)都逐渐减小,动作电位时程(action potential duration,APD)延长;在Ag-NPs加入细胞浴液约30～80 min后,阈强度增大,动作电位变小,形态异常。统计得出的心肌细胞跨膜电位各参数的量化改变如下:(1)RP的变化:在细胞浴液加入Ag-NPs前,乳头肌细胞的正常对照RP值为-67.16±1.37 mV(n=5);加入Ag-NPs后,RP逐渐减小,RP值达到稳定状态时为-38.44±2.20 mV(n=5),与对照RP值相比,显著减小(P<0.0001)。(2)APA和Vmax的变化:正常对照APA值为84.8 ± 2.03 mV(n=5),正常对照Vmax值为86.39 ± 8.16 V/sec;随着Ag-NPs作用时间的延长,APA和Vmax都逐渐减小,APA 最终减小至31.13±2.43 mV,约为对照APA值的30%～40%;而Vmax减小至10.99 ± 2.04 V/sec,约为对照 Vmax值的 10%。(3)APD的变化:正常对照 APD10、APD20、APD50 和 APD90值分别为 1.9±0.44 ms、4.14±0.92 ms、12.32 ± 1.47 ms 和 72.56±6.51 ms;加入 Ag-NPs后,比较 APA 减小到对照值40%左右时的APD,APD10延长至3.63±0.65 ms(与对照APD10相比,P<0.05,n=5);APD20延长至5.97±0.98 ms(与对照APD20相比,P<0.05,n=5);APD50为18.3±1.94 ms,与对照值相比无显著性差异(P=0.0506,n=5);APD90延长至108.6±10.57 ms,与对照 APD90 相比,P<0.05,n=5)。结论 Ag-NPs在10μg/ml的浓度时,对小鼠左心室乳头肌细胞的跨膜电位有显著影响,使静息电位减小,动作电位0期去极化速度和幅度降低,细胞兴奋的阈强度增大,动作电位时程延长。Ag-NPs的这些心肌细胞电生理效应可能会导致心肌的兴奋性和传导性下降,进而引发心律失常。Ag-NPs的上述心肌细胞电生理效应和毒性应引起关注。背景与目的 低血钾是临床上常见的很多疾病的并发症或病理生理状态,对可兴奋细胞的电生理活动有重大影响,严重时会引起致命性心律失常、骨骼肌麻痹等危急症候。目前就低血钾对心肌细胞电活动的影响问题,尚欠缺细致的定量研究和清晰的认识,甚至存在某些争议。本课题研究不同程度、不同作用时间的细胞外低钾对心肌细胞跨膜电位的影响,旨在弄清低血钾对心肌电生理活动的具体影响。材料与方法 研究标本采用C57BL/6J小鼠的离体左心室乳头肌。采用标准玻璃微电极胞内记录技术记录心室肌细胞的跨膜电位。分别用含不同K+浓度的台氏液灌流肌条以模拟不同程度的低血钾,设置的低钾(K+浓度以mM表示)组分别为:正常钾(对照组)5.4,中度低钾3,重度低钾2和1,极度低钾0。观察不同程度低钾对心肌细胞的静息电位(resting potential,RP)、动作电位(action potential,AP)去极相和复极相、后去极(after-depolarization)、触发活动(triggered activity)和兴奋性(excitability)的影响,并注意观察上述影响的量-效和时-效关系。结果(1)低钾对心肌肌细胞的RP有双向影响:中度低钾使RP增大(即发生超极化);重度和极度低钾时,RP先增大后减小,并逐渐稳定在较小值。(2)低钾对AP去极相的影响:中度低钾使AP振幅(action potential amplitude,APA)增大,后者不是由于超射(overshot)增大,而是由于RP增大所致;重度低钾(细胞外液K+浓度2 mM)使APA极度减小,动作电位0期最大去极速度(Vmax-dep)明显减慢,AP呈“侏儒”型;较长时间的重度和极度低钾(K+浓度1 mM和0 mM)导致细胞的兴奋性丧失,电刺激不能诱发动作电位。(3)低钾对动作电位复极相的影响:中度低钾使动作电位时程(APD)的不同时段APD10、APD20、APD50和APD90均缩短,最大复极速度(Vmax-rep)加快;但APD90后的复极时间延长,即复极化拖着很长的“尾巴”。(4)低钾时心肌细胞自发动作电位、后除极和触发活动的几率增加:心肌细胞处在正常K+浓度的细胞外液中时,一般很少产生自发动作电位,也没有后除极现象:中度和重度低钾时,细胞产生自发动作电位的频率增加,并出现后除极和触发活动。(5)静息电位小于-40 mV时,心肌细胞仍能产生动作电位(这与传统观点不符):重度低钾可导致心肌细胞去极化至RP小于-40 mV(例如-34 mV);在重度低钾早期的一段时间内,尽管RP 已小于-40 mV,心肌细胞仍可自发产生动作电位;极度低钾时,RP可减小至-30 mV;然而,在极度低钾早期,心肌细胞仍可自发去极化并产生动作电位,只不过此时的动作电位形态变得较小;但重度和极度低钾较长时间时因细胞的兴奋性丧失而失去产生动作电位的能力。结论 低钾对心肌细胞的静息电位有双向影响,中度低钾使静息电位增大,即发生超极化;重度和极度低钾时,静息电位先增大后减小。中度低钾对心肌细胞动作电位的去极相无明显影响;重度和极度低钾时去极化明显受到抑制,甚至细胞不能去极化而丧失产生动作电位的能力。中度低钾时心肌细胞动作电位的早中期复极化加快,但晚期复极化减慢。低钾时心肌细胞自发兴奋、后除极和触发活动的发生几率明显增加。心肌细胞的静息电位小于-40 mV时,仍能产生动作电位,这与传统观点不同。上述结果有助于澄清低钾对心肌细胞电生理影响的一些歧义和模糊认识。