Введение
Реобаза - это мера возбудимости мембранного потенциала. В нейробиологии реобаза - это минимальная амплитуда тока бесконечной продолжительности, которая приводит к достижению порога деполяризации клеточных мембран, например, потенциала действия или сокращения мышцы. На греческом языке корень rhe переводится как "ток или поток", а basi означает "дон или фундамент": таким образом, реобаза является минимальным током, который будет производить потенциал действия или сокращение мышц. Реобазу лучше всего понять в контексте отношения прочности и длительности (рис. 1) в) Легкость, с которой мембрана может быть стимулирована, зависит от двух переменных: силы стимула и продолжительности, на которую применяется стимул. Эти переменные обратно связаны: по мере увеличения силы подаваемого тока время, необходимое для стимуляции мембраны, уменьшается (и наоборот), чтобы поддерживать постоянный эффект. В прошлом для оценки повреждения нервов использовались кривые прочности и длительности и определения реобазы; сегодня они играют роль в клинической идентификации многих неврологических патологий, включая диабетическую нейропатию, CIDP, болезнь Мачадо-Джозефа и БАС.
Кривая прочности-продолжительности
Постоянная времени прочности (хронаксия) и реобаза являются параметрами, которые описывают кривую прочности - кривую, которая связывает интенсивность порогового стимула с его продолжительностью. По мере увеличения продолжительности испытательного стимула сила тока, необходимого для активации потенциала действия одного волокна, уменьшается. Кривая прочности и длительности - это график порогового тока (I) и длительности импульса (d), необходимых для стимуляции возбуждаемой ткани. Как уже упоминалось, две важные точки на кривой - реобаза (b) и хронокси (c), что коррелирует с двукратным количеством реобазы (2b). Кривые продолжительности силы полезны в исследованиях, где требуемый ток меняется при изменении продолжительности импульса.
Уравнение Лапикка
В 1907 году французский нейробиолог Луи Лапик предложил свое экспоненциальное уравнение для кривой прочности. Его уравнение для определения тока I: где b относится к реобазовому значению и c относится к значению хроноксии в течение длительности d. Гиперболическая формула Лапикка сочетает пороговую амплитуду стимула с его длительностью. Это первый управляемый с физиологически определенных параметров, который мог сравнить возбудимость различных тканей, отражая неотложная потребность на рубеже 20-го века. Таким образом, постоянная прочности длительности времени является отражением постоянной функции канала Na + и, кроме того, зависит от потенциала мембраны и пассивных свойств мембраны. Таким образом, многие аспекты тестирования возбудимости нервов зависят от функций натриевых каналов: а именно, постоянная продолжительность времени силы, цикл восстановления, кривая ответа на стимул и текущая пороговая зависимость. Измерение ответов в нерве, связанных с функцией узлов (включая постоянную продолжительности силы и реобазу) и функцию внутренних узлов, позволило получить представление о нормальной физиологии аксонов, а также о нормальных колебаниях концентрации электролитов. В результате сенсорные нервы имеют более длительную константу времени прочности и более низкую реобазу, чем двигательные нервы. Кроме того, сенсорные аксоны больше подстраиваются под долговременные гиперполяризующие токи, чем моторные аксоны, что предполагает большее выражение активированных гиперполяризацией внутренних каналов выпрямителя. Константа времени прочности как кожных, так и двигательных афферентов снижается с возрастом, и это соответствует увеличению реобазы. Были предложены две возможные причины этого возрастного снижения постоянной времени прочности. Во-первых, с возрастом может меняться геометрия нервов из-за потери аксонов и фиброза нервов. Во-вторых, постоянная проводимость Na+ может замедлить созревание. При ишемии наблюдалось значительное снижение порогового значения сенсорных и двигательных волокон. Кроме того, эти снижения порогового значения были связаны со значительным увеличением постоянной времени прочности, что заметно указывает на значительное снижение реобазового тока. Считается, что эти изменения являются результатом не инактивирующих, напряжением зависимых каналов Na+, которые активны при потенциале покоя.
where b relates to the rheobase value and c relates to the chronaxie value over duration d.
Lapicque's hyperbolic formula combines the threshold amplitude of a stimulus with its duration. This represents the first manageable with physiologically defined parameters that could compare excitability of different tissues, reflecting an urgent need at the turn of the 20th century. Thus, the strength duration time constant is a reflection of persistent Na+ channel function, and is furthermore influenced by membrane potential and passive membrane properties. As such, many aspects of nerve excitability testing depend on sodium channel functions: namely, the strength duration time constant, the recovery cycle, the stimulus response curve, and the current threshold relationship. Measuring responses in nerve that are related to nodal function (including strength duration time constant and rheobase) and internodal function has allowed insight into normal axon physiology as well as normal fluctuations of electrolyte concentrations. As a result, sensory nerves have a longer strength duration time constant and a lower rheobase than motor nerves. Additionally, sensory axons accommodate more to long lasting hyperpolarizing currents than do motor axons, suggesting a greater expression of the hyperpolarization activated inward rectifier channels. The strength duration time constant of both cutaneous and motor afferents decreases with age, and this corresponds to an increase in rheobase. Two possible reasons for this age related decrease in the strength duration time constant have been proposed. First, nerve geometry might change with age because of axonal loss and neural fibrosis. Secondly, the persistent Na+ conductance might decrease maturation. Significant decreases in threshold for sensory and motor fibers have been observed during ischemia. These decreases in threshold were furthermore associated with significant increases in the strength duration time constant, appreciably indicating a significant decrease in rheobase current. These changes are thought to be the result of non inactivating, voltage dependent Na+ channels, which are active at resting potential.
Клиническое значение
Аксольная дегенерация и регенерация являются общими процессами во многих нервных расстройствах. Известно, что вследствие ремоделирования миелина интернодальная длина остается постоянно короткой. Мало что известно о том, как нейроны справляются с увеличением числа узлов, за исключением того, что может быть компенсаторное увеличение каналов Na +, так что внутренняя плотность восстанавливается. Тем не менее, большинство существующих результатов исследований утверждают, что регенерированные аксоны могут быть функционально недостаточными, поскольку доступ к каналу K + под паранодальным миелином может быть увеличен. В клинической обстановке функция интернода может быть изучена только в исследованиях возбудимости (см. Измерение). Экспериментальные наблюдения, использующие пороговые измерения для оценки возбудимости миелинообразных нервных волокон, показали, что функция регенерированных интернодов действительно остается стойко аномальной, при этом регенерированные моторные аксоны демонстрируют увеличение реобазы и уменьшение хроноксических изменений, которые соответствуют аномальным активным свойствам мембраны. Эти исследования также показали, что зависимый от активности блок проводимости в миелинизации был вызван гиперполяризацией, а также аномально повышенными токами Na + и повышенной доступностью быстрых ректификаторов K +. Ниже перечислены результаты изменений в возбудимости нервов, и, следовательно, постоянная продолжительности силы, которые были наблюдены в нескольких наиболее распространенных нервных расстройствах.
Амиотрофический латеральный склероз
Амиотрофический боковой склероз (БАС) поражает верхнюю и нижнюю двигательные системы, с симптомами, начиная от атрофии мышц, гиперрефлексии и фасцикуляции, все из которых предполагают повышенную аксональную возбудимость. Многие исследования пришли к выводу, что аномально сниженная проводимость К+ приводит к деполяризации аксонов, что приводит к гиперексибильности аксонов и генерации фасцикуляции. У пациентов с БАС в этих исследованиях наблюдались более длительные временные константы продолжительности силы и более низкие значения реобазы, чем у контрольных пациентов. Другое исследование показало, что сенсорные реобазы не отличались у пациентов от тех, кто находился в контрольных группах с соответствующим возрастом, в то время как моторные реобазы были значительно ниже. Открытие того, что моторные аксоны имеют как более низкую реобазу, так и более длительную константу времени прочности при БАС, привело к выводу, что моторные нейроны при БАС аномально возбуждаемы, с свойствами, более похожими на свойства сенсорных нейронов. Изменения в геометрии нерва, вызванные потерей аксонов в периферическом нерве, вероятно, вызывают это смещение реобазы. Логическим выводом из данных является то, что в двигательных аксонах пациентов с БАС наблюдается большая стойкая проводимость Na+ в состоянии покоя, чем в нормальном состоянии.
Болезнь Мачадо-Джозефа
Болезнь Мачадо-Джозефа (MJD) - это тройная болезнь, характеризующаяся атаксией мозжечка, пирамидальными признаками, офтальмоплегией и полиневропатией. Поскольку мышечные судороги являются частым явлением при МДЖ, считается, что аксональная гиперекситабельность играет роль в заболевании. Исследования показали, что у пациентов с МДЖ постоянная продолжительность силы значительно длиннее, чем у контрольных групп, и это соответствует значительному снижению реобазы. В сочетании с результатами исследования блокаторов каналов Na+, эти данные позволяют предположить, что судороги при МДЖ, вероятно, вызваны повышенной стойкой проводимостью каналов Na+, которая может быть нерегулируемой во время аксоновой реиннервации (которая является результатом долгосрочной дегенерации аксонов).
Диабетическая полиневропатия
Характерной особенностью диабетической полиневропатии является сочетание аксонового и демиелинизирующего повреждения, которое является результатом механической демиелинизации и дисфункций каналов/насосов. У пациентов с диабетом наблюдается значительно более короткая временная константа продолжительности силы и гораздо более высокая реобаза, чем у нормальных пациентов. Измерение сенсорной проводимости в дистальных сегментах нервов показало заметные дефекты у пациентов с диабетом, что свидетельствует о снижении функции персистирующих каналов Na+ у диабетиков. Эти эксперименты также открыли новые возможности для эффективности превентивных лекарств. Измерение хроноксии и реобазы в сурровых сенсорных волокнах выявило незначительное снижение возбудимости у диабетиков, о чем свидетельствуют значительное снижение скорости проводимости и хроноксии сенсорных волокон с соответствующим увеличением реобазы. Эти эффекты связаны с снижением активности Na+ K+ АТФазы в аксонах диабетических пациентов, что приводит к внутриклеточному накоплению ионов Na+, а также к последующему снижению трансмембранного градиента Na+.
Заболевание зубов
Болезнь Шаркота-Мари-зуба (БЗЗ) является наиболее распространенной формой наследственной нейропатии и может быть далее разделена на два типа: тип 1: демиелинизирующий и тип 2: аксональный. Измерение хроноксии и реобазы для этих больных нервов привело к выводу, что электрофизиологически пациент с демиелинизирующей (тип I) КМТ демонстрирует медленную скорость нервной проводимости, часто сопровождающуюся снижением амплитуд двигательных и сенсорных потенциалов действия; кроме того, аксональная (тип II) КМТ может быть связана с нарушением взаимодействия между клетками Швана и аксонами. Изменения в показателях возбудимости, как правило, универсальны и мало различаются между пациентами, и это, вероятно, связано с диффузным распределением демиелинизации, что предполагает изменение свойств кабеля, связанных с короткими интернодами.
Мультифокальная двигательная нейропатия
Мультифокальная двигательная нейропатия (ММН) - редкий клинический случай, характеризующийся почти полностью мышечной слабостью, атрофией и фасцикуляциями. Важной особенностью ММН является то, что постоянная прочности длительности значительно мала, что соответствует значительному увеличению реобазы. Было показано, что обе величины нормализуются после внутривенной терапии иммуноглобулинами.
Хроническая воспалительная демиелинизирующая полиневропатия
Хроническая воспалительная демиелинизирующая полиневропатия (ХВДП) является иммунологической демиелинизирующей полиневропатией. В результате повышенной паранодальной емкости от демиелинизации у пациентов наблюдается повышенный порог стимуляции, уменьшение времени постоянной длительности силы и увеличение реобазы.