Excitatory membrane current in heart muscle (Purkinje fibers)

Summary In short Purkinje fibers current voltage relations were measured by a voltage clamp technique. The membrane was de- and repolarized at constant speeds of 0.3–30 V/s. The capacitive current flowing during such potential changes could be simulated by the current through a network, in which about two thirds of the total membrane capacity of 12 F/cm² were connected through a series resistor of 150 cm².When the membrane was depolarized with speeds above 1 V/s, sodium current was measured between about – 50 to 0 mV. Absence of sodium current at positive membrane potentials could result from temporal inactivation. The amplitude of the sodium current increased greatly with rising speed of depolarization. When the external Na⁺ concentration was varied between 0 and 145 mM/l, the direction of the sodium current was outward above, and inward below the respective sodium equilibrium potentials. The dependence of sodium permeability on membrane potential was not influenced by the external sodium concentration. The maximum Na⁺ permeabilities measured at a speed of depolarization of 30 V/s were in the range of 0.5 · 10^–3 cm/s.In addition to the excitatory negative Na⁺ current seen in Tyrode's solution a negative non-sodium current was observed in presence and absence of external Na⁺. The voltage dependence of the non-sodium current was similar to that of the Na⁺ current.

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Zusammenfassung An verkürzten Purkinjefäden wurden bei geregelterSpannung Strom-Spannungs-Beziehungen gemessen. Dabei wurde die Membran mit jeweils konstanter Geschwindigkeit von 0,3–30 V/s de- und repolarisiert. Der kapazitive Strom, der während einer solchen Spannungsänderung floß, verhielt sich wie der Strom durch ein Netzwerk, in dem eine direkt gekoppelte Membrankapazität C_M (4 F/cm²) einer größeren über einen Serienwiderstand C_M (150 cm²) angeschlossenen Kapazität C_M (8 F/cm²) parallel liegt.Wenn die Membran mit Geschwindigkeiten über 1 V/s depolarisiert wurde, floß zwischen –50 und 0 mV ein Natriumstrom. Das Fehlen von Natriumstrom bei positiven Membranpotentialen könnte bei den besprochenen Depolarisationsgeschwindigkeiten auf zeitliche Inaktivierung zurückgeführt werden. Die Amplitude dieses Natriumstroms wuchs mit steigender Depolarisationsgeschwindigkeit stark an. Wurde die extracelluläre Na⁺-Konzentration zwischen 0 und 145 mM/l variiert, so flossen die Natriumionen oberhalb des entsprechenden Na⁺-Gleichgewichtspotentials aus der Faser, und unter diesem Potential in die Faser. Die Abhängigkeit der Na⁺-Permeabilität vom Membranpotential wurde von der extracellulären Na⁺-Konzentration nicht beeinflußt. Die bei einer Depolarisationsgeschwindigkeit von 30 V/s gemessene maximale Na⁺-Permeabilität lag bei 0,5 · 10^–3 cm/s.Zusätzlich zum erregenden negativen Na⁺-Strom in Tyrode-Lösung wurde ein negativer Nicht-Natrium-Strom beobachtet, der von der Anwesenheit extracellulärer Na⁺-Ionen unabhängig war. Der negative Nicht-Natrium-Strom hing in ähnlicher Weise wie der Na⁺-Strom vom Membranpotential ab. Die Ladungsträger für diesen Strom sind nicht bekannt.

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This investigation was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft.