[发明专利]LF_EMF诱发细胞膜电位调控离子通道电活动的方法

说明书

本发明以跨膜电位变化为基础，结合实验和理论，最终确认通道转换概率是LF_EMF引发细胞膜电位变化并调控离子通道电活动的根本机制之一；由于膜电位是细胞电生理活动的重要指标，因此采用双细胞模型的建立为跨膜电位的分析计算提供了新的思路，明确LF_EMF改变跨膜电位变化并调控离子通道的机制具有重要意义；本发明从跨膜电位入手，利用理论和实验，证明了LF_EMF可以改变离子通道转换概率，从而影响通道电导，使细胞膜电位产生变化，膜电位变化引起离子通道电流以及离子门控变量变化，反向调控离子通道转换概率，最终确认通道转换概率是LF_EMF引发细胞膜电位变化并调控离子通道电活动的根本机制之一。

技术领域

本发明以细胞膜电位变化为基础，通过实验与HH模型以及双态通道模型相结合，建立了 LF_EMF调控离子通道电活动的分析方法

背景技术

人类不断的暴露在低频电磁场中，低频电磁场(LF_EMF)对人体的影响越来越受到关注。低频低强度电磁场常被应用于临床医学，治疗神经性疾病。并且磁场已经被证明可以对离子通道起到调控的作用。神经元内信息之间的传递主要通过神经纤维不同模式的放电来反映，所以膜电位是细胞电生理活动的重要指标。在过去的研究中普遍认为磁场诱发的感应电场所引起的细胞跨膜电位变化是调控离子通道电活动的主要因素，但这个因素是否也是LF_EMF影响细胞电活动的主要因素却缺乏足够的验证。而且对于低频低强度电磁场如何引起膜电位变化并且如何调控离子通道电活动的研究一般都是基于实验和理论相分离的情况，大大限制了后续研究的可能性，所以本发明通过神经元的数值模拟和实验相结合的方式，探究LF_EMF诱发跨膜电位变化对离子通道电活动影响机制的研究意义十分深远。

发明内容

本发明的目的是探究LF_EMF刺激诱发膜电位变化影响离子通道电活动的机制。提出了双细胞模型并将实验与理论相结合，提出了LF_EMF通过改变离子门控的转换概率从而影响离子通道电活动。

本发明方法在传统单细胞跨膜电位计算的基础上，提出了一种基于双细胞模型的跨膜电位计算方法，并分析了双细胞相对位置变化对跨膜电位的影响，在此基础上，通过仿真验证了低频低强度电磁场所产生的感应电场引发膜电位并不能改变离子通道电活动，但通过膜片钳实验后却发现低频低强度电磁场可以引发细胞离子通道的电活动变化。本发明通过HH模型以及双态通道模型，证明了由低频低强度电磁场引起的通道转换概率的改变可能是改变跨膜电位以及离子通道电活动的原因。该发明对深入研究LF_EMF影响细胞电活动的机制提供了新的思路。

本发明的技术方案：

本发明提出了双细胞模型以及LF_EMF诱发跨膜电位变化对离子通道电活动影响的机制，将实验与理论相结合，最终确定了通道转换概率是LF_EMF引发细胞膜电位变化并调控离子通道电活动的根本机制之一。

LF_EMF诱发细胞膜电位调控离子通道电活动的方法，其特征在于具体步骤是：

第1步、通过单细胞跨膜电位理论公式验证双细胞仿真模型的正确性，然后利用COMSOL 软件仿真计算电场作用下的双细胞模型的细胞膜电位变化，并分析了双细胞间不同位置以及细胞半径、电导率对跨膜电位变化的影响，同时计算出引起mV量级膜电位变化需要104V/m 的电场强度；

第2步、在磁场频率15Hz(磁场强度0.5，1，2mT)，50Hz(磁场强度0.5，1，2mT)，刺激时间分别为10min，20min和30min的LF_EMF刺激条件下，采用膜片钳实验记录海马脑片CA1区细胞Na+，K+离子通道最大电流密度、最大通道电导以及膜电位的变化，通过数据分析发现mT量级的LF_EMF刺激可以引起mV级别的细胞跨膜电位变化；