Læknaneminn - 01.10.1991, Page 52

En þrátt fyrir þessa þróun spennuþvingu sem
aðferð er hún takmörkunum háð. Hægt er að mæla
straumflæði umfrumuhimnur, ogskoðabreytingaren
ekki er hægt að sjá hvaða ferli orsaka breytingar á
straumflæðinu. Jafnframt er illmögulegt að staðsetja
hvar ífrumuhimnunni slíkar breytingar verða. Þetta er
mikilvægt þar sem ljóst er að talsverður munur getur
verið á bæði virkum og óvirkum burði jóna um
frumuhimnur eftir staðsetningu. Sem dæmi er oft
munur á slíkum flutningum um apical og basal hluta í
frumum þekjuvefs.
Bútþvingun (patch clamping)
Bútþvingun (patch-clamping) er aðferð þar
sem hægt er að fylgjast með hegðun sk. jónaganga í
frumuhimnum og jafnvel í himnum frumulíffæra.
Jónagöng eru sérhæfð með tilliti til þess hvaða jónir
geta flætt um þau. Þetta flæðijóna myndar rafstraum
og er straumurinn forsenda himnuspennu fruma, í
samræmi við straumlögmál Ohm. Fundist hafa
sérhæfð göng þar sem eingöngu kalíum-jónir flæða
um, og önnur sérhæfð göng sem t.d. eingöngu
natríum-jónir flæða um. Það hefur verið alllengi vitað
um tilvist slíkra ganga, en fram að 1976 var ekki hægt
að mæla strauminn sem flæðir í gegnum hver einstök
jónagöng, heldur aðeins hægt að reikna hann út með
flóknum stærðfræðlegum aðferðum, út frá mælingum
með spennuþvingu. Árið 1976birtuþeirErwinNeher
og Bert Sakmann við Max Planck-stofunina í
Göttingen grein sem lýsir aðferð er gefur ekki aðeins
kost á að mæla þann straum er flæðir á hverjum tíma
í gegnum jónagöng, heldur einnig hversu lengi göngin
eru opin, og hversu oft þau opnast í tíma, þ.e. tíðni
opnunar og lokunar jónaganga (Neher og Sakmann,
1976). Einnigerhægtmeðþessari aðferð aðsjáhvort
fleiri en ein jónagöng eru opin í einu, og hvert er
hlutfallslegt straumllæði í gegnum þau. Til viðbótar
þessu er hægt að meta með bútþvingu, hvaða þættir
það eru sem stjórna opnun og lokun jónaganga, og þar
með straumflæði um þau. Þannig er hægt að nota
þessa tækni til að athuga hvort og þá hvernig
taugaboðefni, hormón eða lyf verka á jónagöng í
frumuhimnum. Verkan þessara efnasambanda er
mjög oft á þann veg að þau opna eða loka jónagöngum.
Með nýjum aðferðum í sameindalíffræði er jafnframt
hægt að breyta röð amínósýra í þeim próteinum er
mynda jónagöng, og síðan nota aðferð þeirra Neher og
Sakmann til að athuga á hvern hátt starfsemi
jónaganga breytist við slíka meðhöndlun .
Fegurð þessarar aðferðar felst fyrst og fremst í
því hversu hugsunin á bak við hana er í raun
sáraeinföld. Hún byggir á einföldu grundvallar-
lögmáli raffræðinar sem er straumlögmál Ohm er
segir að straumur er jafnt og spenna deilt með
viðnámi. Til þess að mæla lítinn straum þarf mikið
viðnám í þeim “leiðara” sem straumurinn flæðir um en
í þessu tilviki er frumuhimnan leiðari. Ef spenna er
stöðug yfir slíka himnu, þ.e. “þvinguð” að einhverju
gildi, þarf að mynda mikið viðnám milli straummælis
og leiðarans til að mæla lítinn straum.
Straummælingin í bútþvingu felst í að mynda mikið
viðnám, milli glerpípu sem er sérstaklega útbúin til
þess ama og frumuhimnu. Því meira sem “innsiglið”
(seal) er á milli himnunar og glerpípunar því hærra er
viðnámið. Með því að nota tandurhreinar glerpípur,
fylltar saltlausn og “sjúga” frumuhimnuna að
glerpípunni er hægt að auka viðnámið 100-1000 fallt,
ogviðnámiðnemurþámilli 10-100Gígaohm (Hamil
ofl„ 1981). Glerpípan sem fyllt er saltvökva er
leiðir vel straum og saltvökvinn umhverfis frumuna,
eru tengd afar næmum magnara. Þetta tæki getur bæði
mælt og magnað upp lítinn straum og jafnframt
“þvingað” spennuna yfir frumuhimnuna að því gildi
sem tilraunamaður kýs sjálfur, samkvæmt sömu
lögmálum og við spennuþvingu. Þar með er auðvelt
að athuga samband himnuspennu og straums um
einstök jónagöng. Ljóst er að hegðun sumra
jónaganga er háð himnuspennu, og þá er oft sagt að
þau séu “stýrð” afspennu (voltage gated). Með þvíað
skoða sambandið milli straums og þvingaðrar spennu
er hægt að sjá breytingar í leiðni himnunar eftir því
hver spennan er.
Aðrar gerðir bútþvingunar
Bútþvingun hefur misjöfn form, þ.e. hversu
stór hluti himnu er þvingaður, og hvort ytra eða innra
borð himnunnar snýr að skráningarskautinu. Ein
útgáfa af bútþvingun er stundum nefnd innhveif
(inside out) bútþvingun og þá er örskautið fært frá
frumunni eftir að frumuhimnan hefur verið soguð föst.
50
LÆKNANEMINN 2 1991 44. árg.