레오베이스

Rheobase
그림 1 – 레오베이스와 크로낙시는 흥분성 조직의 자극에 대한 강도-시간 곡선에 정의된 지점이다.

레오베이스 전위 들뜸성의 척도이다.신경과학에서, 레오베이스는 활동 전위나 [1]근육의 수축과 같이 세포막탈분극 역치에 도달하는 결과를 초래하는 무한 지속 시간의 최소 전류 진폭입니다.그리스어루트 레는 "전류 또는 흐름"으로 번역되며, basi는 "바닥 또는 기초"를 의미합니다. 따라서 레오베이스는 활동 전위 또는 근육 수축을 발생시키는 최소 전류입니다.

레오베이스는 강도-기간 관계에서 가장 잘 이해할 수 있다(그림 1).[2]이 자극될 수 있는 용이성은 두 가지 변수에 따라 달라집니다: 자극의 강도와 자극이 [3]적용되는 기간.이들 변수는 역관련됩니다. 즉, 인가 전류의 강도가 증가함에 따라 일정한 [3]효과를 유지하기 위해 막을 자극하는 데 필요한 시간이 감소합니다(및 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.수학적으로, 레오베이스는 크로낙시 기간 동안 인가되어야 하는 전류의 절반에 해당하며, 크로낙시는 두 배의 레오베이스 [3]강도로 신경이 자극되었을 때 반응을 이끌어내는 시간 지속 시간에 해당하는 강도 지속 시간 상수입니다.

강도-시간 곡선은 G에 의해 처음 발견되었다.1901년 바이스는 [4]레오베이스라는 용어를 1909년에야 루이 라피케가 만들었다.레오바아제 값과 성숙 과정 및 서로 다른 신경 [5]섬유 간의 동적 변화와 관련하여 많은 연구가 수행되고 있습니다.과거에는 신경 손상을 평가하기 위해 강도-기간 곡선과 레오바아제 결정이 사용되었지만, 오늘날에는 당뇨병성 신경병증, CIDP,[6] 마차도-조셉병,[7] ALS를 포함한 많은 신경학적 병리의 임상적 식별에 중요한 역할을 한다.

강도-기간 곡선

강도-시간 상수(크로낙시)와 레오베이스는 강도-시간 곡선을 설명하는 매개변수이다. 즉, 임계값 자극의 강도를 지속 시간과 관련짓는 곡선이다.테스트 자극의 지속시간이 증가함에 따라 단일 섬유 활동전위를 활성화하기 위해 필요한 전류의 강도는 감소한다.

강도-기간 곡선은 흥분성 [4]조직을 자극하는 데 필요한 임계값 전류(I) 대 펄스 지속 시간(d)의 그래프입니다.전술한 바와 같이 곡선의 두 가지 중요한 점은 레오베이스(2b)의 2배에 해당하는 레오베이스(b)와 크로낙시(c)이다.강도-기간 곡선은 펄스 지속 시간이 [8]변경될 때 필요한 전류가 변경되는 스터디에 유용합니다.

라피케 방정식

1907년 프랑스의 신경과학자인 루이 라피케는 강도-기간 곡선에 대한 지수 방정식을 제안했다.전류 I을 결정하기 위한 그의 방정식:

여기서 b는 레오베이스 값과 관련되고 c는 지속시간 d에 걸친 크로낙시 값과 관련된다.

라피케의 쌍곡 공식은 자극의 역치 진폭과 지속 시간을 결합합니다.이것은 생리적으로 정의된 파라미터로 관리할 수 있는 최초의 것으로, 20세기 [4]초의 긴급한 필요성을 반영하고 있다.라피케는 정전류 캐패시터 방전 펄스를 사용하여 다양한 흥분성 [4]조직을 위한 크로낙시를 얻었다.라피크 방정식의 레오베이스는 매우 긴 시간 동안 쌍곡선 곡선의 점근선이다.

바이스 방정식

1901년, G. Weiss는 전하 Q 지속시간 곡선을 이용한 또 다른 선형 방정식을 제안했다.전하 Q는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

(d +) { Q ( + ) Q , { Q = ,}

여기서 I는 전류지속시간 d를 곱한 암페어 단위로 측정된다. b는 레오베이스 값과 관련되고 c는 크로낙시 값과 관련된다.

바이스 공식의 레오베이스는 그래프의 기울기이다.바이스 방정식의 x 절편은 b x c, 즉 레오베이스 곱하기 크로낙시와 같다.

이 방정식은 자극 지속시간이 증가함에 따라 역치 자극 강도 대 자극 지속시간의 그래프가 0을 향한 붕괴를 보여야 한다는 것을 시사한다. 따라서 역치에 도달하는 데 필요한 자극 강도는 자극이 [4]더 오래 지속되는 동안 증가할 것으로 예측된다.일반적인 신경막의 강도-기간 곡선은 예측 그래프에서 약간 치우쳐 있는데, 이는 반복 자극이 레오바제를 [4]나타내는 점근선에 도달하는 것에 반응하여 평탄화되기 때문이다.자극의 지속 시간이 길어지면 전하 전달과 막 전위는 (시간에 [4][6]따라 선형적으로 증가하는 대신) 고원으로 기하급수적으로 증가한다.레오베이스가 자극의 강도를 초과할 때, 자극은 (t의 큰 값에도 불구하고) 활동 전위를 생성하지 못한다. 따라서 자극이 너무 작으면 막 전위는 절대 임계값에 도달하지 않는다.와이스 방정식으로 예측된 강도-시간 곡선과 신경막에서 실제로 관찰된 곡선 사이의 차이는 [4][6]막의 전기 저항의 특징인 생리적 조건에서 발생하는 전하 누출에 기인할 수 있다.Weiss' 방정식은 누출 저항이 없는 이상적인 콘덴서에 대한 자극 강도와 지속 시간 사이의 관계를 예측합니다.

이러한 제한에도 불구하고 Weiss의 방정식은 강도-기간 데이터에 가장 적합한 값을 제공하며 매우 작은 [9]오차 범위로 전하 지속시간 곡선에서 레오베이스와 시간 상수(크로낙시)를 측정할 수 있음을 나타냅니다.Weiss는 직사각형의 정전류 펄스를 사용했으며 자극에 필요한 임계값 전하가 펄스 [4]지속 시간과 함께 선형적으로 증가한다는 것을 발견했습니다.그는 또한 자극 전류와 자극 지속시간의 곱인 자극 전하와 레오베이스는 비례하므로 레오베이스 계산에 [6]두 번의 자극 지속 시간만 있으면 된다는 것을 알아냈다.

측정.

강도-기간 곡선의 사용은 1930년대에 개발되었고, 1970년대에 [6]인간의 흥분성 연구를 위한 임계값 전류 측정의 사용이 뒤따랐다.독성 신경병리학에서 이러한 방법을 사용함으로써 연구자들은 많은 말초 신경 장애와 중추 신경계의 여러 질병에 대한 보호 인자를 지정할 수 있게 되었다(임상적 의미 참조).

신경 흥분성 검사는 축삭생체물리학적 특징과 이온 채널 [10]기능을 통찰함으로써 기존의 신경 전도 연구를 보완합니다.이 프로토콜은 노드 간 이온 채널뿐만 아니라 노드 간 이온 채널에 대한 정보를 제공하는 것을 목적으로 하며, 지수[10]축삭막 전위에 매우 민감합니다.이러한 연구는 정상 및 질병 [11]신경의 특정 이온 채널 및 펌프 기능뿐만 아니라 전해질 농도 및 pH와 같은 정지 전위 변화에 의해 특징지어지는 조건에 대한 통찰력을 제공했습니다.게다가 정상 신경과 질병 신경 양쪽에서 레오바시스 및 시정수 값을 계산할 수 있는 소프트웨어 프로그램을 통해 연구자들은 최근 상당한 탈수작용을 수반하는 다수의 퍼베이시브 신경 장애에 대한 몇 가지 중요한 요인을 정확히 파악할 수 있게 되었다(임상적 [10][11]의미 참조).초근위 전기자극과 전도속도 및 복합모터(CMAP) 및 감각(SNAP) 응답의 측정은 큰 골수화섬유의 [10][11]수와 전도속도를 측정한다.또한 TROND 프로토콜의 들뜸성의 여러 척도는 자극 응답 곡선, 강도 지속 시간 상수(크로낙시), 레오베이스 및 활동 [10]전위 통과 후의 회복 사이클을 계산함으로써 랑비에의 노드에서의 이온 채널(과도적이고 지속적인+ Na 채널, 느린+ K 채널)의 평가를 가능하게 한다.이는 긴 편광 전류를 신경에 가하고 미엘린 [10]아래의 전압 게이트 이온 채널에 대한 전압의 영향을 측정함으로써 달성됩니다.

뉴런 내

뉴런에서 레오베이스는 하나의 활동전위를 생성하는 무한대의 최소 주입 단계 전류로 정의됩니다.실제로 레오베이스 측정에는 몇 가지 과제가 있습니다.일반적인 프로토콜은 다양한 진폭의 전류를 주입하고 활동 전위가 생성되었는지 관찰한 다음 스파이킹과 비 스파이킹 동작 사이의 경계가 식별될 때까지 주입된 전류 크기를 더욱 미세화하는 것입니다.

지속

무한히 대기할 수 없기 때문에 한정된 기간 동안 시험 전류를 주입한다.현재 기간은 출판물에 따라 다르지만 약 0.1~5초입니다.단, 이는 시간이 길면 스파이크가 발생하지 않은 주입 전류가 스파이크를 일으킬 수 있음을 의미합니다.따라서 셀의 레오베이스를 보고할 때 현재 기간을 지정해야 합니다.

정확

현재 지속 시간 외에 실제 셀에서는 정확한 레오베이스 값을 구할 수 없습니다.출판물에서 일반적인 방법은 일부 증분(예: 10pA)으로 다양한 전류를 시험하여 동작 전위를 발생시키거나 발생시키지 않는 두 개의 연속 전류 진폭을 찾는 것입니다.사용되는 하한 전류와 상한 전류 사이의 가장 작은 차이는 레오베이스 탐색 정밀도입니다. "참" 레오베이스는 두 테스트된 전류 값 사이에 있습니다.

정밀도는 또한 열 노이즈와 이온 채널의 확률적 성질에 의해 영향을 받습니다.셀이 특정 전류 진폭에서 확실하게 스파이크를 일으키지 않는 경우 탐색 방법을 수정하여 스파이크를 일으키는 전류를 찾기 위해 여러 번 반복 전류 주입을 포함할 수 있습니다.

최대 전류 진폭 범위

레오베이스 검색 시 적절한 전류 진폭 범위를 선택해야 합니다.사용되는 최대 전류가 너무 작으면 스파이크가 발생하지 않습니다.너무 크면 세포 건전성이 저하될 수 있습니다.검색을 시작하기 전에 셀의 막 입력 저항(음전류 주입으로부터)을 측정하고 셀 활성화에 필요한 전류를 추정하는 데 사용할 수 있습니다(예: -10pA가 전위를 20mV 감소시키면 +30PA 주입에 반응하여 최소 한 번 이상 -60mV에 있는 셀이 스파이크할 수 있습니다).

음의 레오베이스

표준 레오베이스 정의에서는 전류가 주입되지 않을 때 특정 셀이 스파이크를 일으키지 않는다고 가정합니다.그러나 일부 세포는 자발적으로 급증합니다(예: 심장 박동 조절기 세포).이러한 셀의 경우 의 (억제) 전류가 셀을 조용하게 하고 음의 전류가 약간 적으면 활동 전위가 발생합니다.이러한 경우, 레오베이스를 이용하고 스파이크 속도가 레오베이스에 비례한다고 가정하는 자극 프로토콜은 말도 안 되는 결과를 낳는다(예: 2배 레오베이스에 대한 스파이크 속도는 1.5배 레오베이스보다 크지 않을 것이다).

셀의 폭발

셀이 폭발하면 일단 활성화되면 여러 개의 스파이크가 발생합니다.이러한 셀의 경우 주어진 시간 범위 내에서 단일 스파이크만 발생하는 전류를 찾는 것은 매우 어려울 수 있습니다.이러한 셀의 경우, 버스트를 일으키는 전류와 버스트를 일으키지 않는 전류 사이의 경계를 찾는 것을 사용할 수 있습니다.

서브 임계값 발진이 있는 셀

역치 이하의 진동을 나타내는 셀은 위상 의존적인 레오바제를 나타낸다.전류 스텝 개시가 하위 임계값 발진의 피크와 공존할 경우(셀이 점화 임계값에 더 가깝다), 스파이크를 유도하기 위해 더 작은 전류가 필요합니다.반대로 스텝 개시가 진동 트로프와 함께 있으면(임계값에서 더 멀리 떨어져 있음), 스파이크를 생성하기 위해 더 큰 전류가 필요합니다.시작 전에 서로 다른 지연을 사용하고 전류 주입을 반복하면 하위 임계값 발진 위상에 관계없이 스파이크가 생성되도록 보장하는 전류를 찾을 수 있습니다.

온도

슬라이스 온도는 이온 채널 역학에 영향을 미치고 레오베이스가 변화할 수 있습니다.즉, 한 온도에서 하나의 스파이크를 생성하는 전류는 다른 온도에서 스파이크를 생성하지 않을 수 있습니다.따라서 셀의 레오베이스 보고 시 슬라이스 온도를 지정해야 합니다.

신경생물학적 의의

결절막의 특성은 축삭의 강도 지속 특성을 크게 결정하며, 이러한 특성은 초자연적 및 상호모달 [9]막의 포함에 의해 노출된 막이 효과적으로 확대됨에 따라 막 전위의 변화, 온도 및 탈수에 따라 변화합니다.따라서 강도 지속 시간 상수는 지속성+ Na 채널 함수의 반영이며 막 전위 [10]및 수동막 특성에 의해 더욱 영향을 받는다.이와 같이 신경 흥분성 테스트의 많은 측면은 나트륨 채널 기능에 의존합니다. 즉, 강도- 지속 시간 상수, 회복 주기, 자극-반응 곡선 및 전류-임계 관계입니다.결절 기능(강도 지속 시간 상수 및 레오바아제 포함)과 인터오달 기능과 관련된 신경의 반응을 측정함으로써 전해질 [7]농도의 정상적인 변동뿐만 아니라 정상적인 축삭 생리학에 대한 통찰력을 얻을 수 있었다.

레오베이스는 결절막의 흥분성의 영향을 받아 과분극과 함께 증가하고 탈분극과 함께 감소한다.전압 의존성은 임계값 근처에서 활성화되고 빠르게 활성화되며 채널 [6]특성이 서서히 비활성화되는 영속적인 나트륨 채널의 동작을 따릅니다.탈분극은 지속 채널을 통해 Na 전류를+ 증가시켜 낮은 레오바기를 발생시킵니다. 과분극은 반대의 효과를 가져옵니다.노출막은 초자연막과 내부막의 포함으로 확대되므로 강도-시간 상수는 탈수작용과 함께 증가한다.이들 중 후자의 기능은 휴식막 전위를 유지하는 것이므로, 인터노드 기능 장애는 병든 신경의 흥분성에 유의하게 영향을 미친다.이러한 영향은 임상적 의의에서 더 자세히 설명된다.

감각신경 대 운동신경

신경 흥분성 연구는 인간의 감각 축삭[6]운동 축삭 사이에 많은 생물 물리학적 차이를 밝혀냈다.가장 흥분하기 쉬운 운동섬유와 감각섬유의 지름과 전도속도는 비슷하지만 감각섬유는 강도 지속시간 [11]상수가 상당히 길다.그 결과 감각신경은 운동신경에 [7]비해 강도 지속시간 정수가 길고 레오베이스가 낮다.

많은 연구는 임계값 채널의 발현 차이가 강도-기간 시간 [11]상수의 감각-운동 차이를 설명할 수 있다고 제안했다.정상 감각 축삭과 운동 축삭의 강도 지속 시간 상수와 레오베이스의 차이는 지속성+ Na [12]전도율의 발현 차이를 반영하는 것으로 생각된다.또한 감각 축삭은 모터 축삭보다 더 오래 지속되는 과분극 전류를 수용하여 과분극 활성화 내향 정류 [12]채널의 발현을 더 크게 시사한다.마지막으로 전기유전성+ Na/K-ATPase는 운동신경보다 휴지막 전위를 유지하기 위해 이 펌프에 의존하는 감각신경에서 [6]더 활성화된다.

이 전도성이 탈분극 또는 [7]과호흡에 의해 활성화될 때 강도 지속 시간 상수의 증가가 관찰된다.단, 원래의 노드보다 높은 막시정수를 갖는 막간막을 노출시키는 탈수작용도 강도-기간시정수를 [13]증가시킬 수 있다.

피부 및 모터 구심성의 강도 지속 시간 상수는 나이가 들수록 감소하며, 이는 [7]레오베이스의 증가에 해당한다.강도 지속 시간 상수의 이러한 노화 관련 감소에 대한 두 가지 가능한 이유가 제안되었다.첫째, 축삭손실과 신경섬유증으로 인해 나이와 함께 신경의 형상이 변할 수 있다.둘째, 지속적인+ Na 전도도는 성숙도를 저하시킬 수 있다.허혈 [7]기간 동안 감각 및 운동 섬유의 임계값이 유의하게 감소하는 것이 관찰되었습니다.이러한 역치의 감소는 강도 지속 시간 상수의 현저한 증가와 더욱 관련이 있으며, 이는 유의하게 레오베이스 전류의 현저한 감소를 나타낸다.이러한 변화는 휴지 전위에서 활성화되는 불활성 전압 의존+ Na 채널의 결과로 생각된다.

임상적 의의

축삭변성과 재생은 많은 신경 [10]장애에서 흔한 과정이다.미엘린 리모델링의 결과로, 십이지장 사이 길이가 지속적으로 [10]짧은 것으로 알려져 있다.Na채널이 보상적으로+ 증가하여 노드간 밀도를 [6]회복할 수 있다는 것 외에는 뉴런이 노드 수의 증가에 어떻게 대처하는지에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.그럼에도 불구하고, 대부분의 현존하는 연구 결과들은 초자연적인 미엘린 아래의 K 채널에+ 대한 접근이 증가할 [6][10]수 있기 때문에 재생 축삭이 기능적으로 부족할 수 있다고 주장한다.

임상 환경에서 인터노드의 기능은 흥분성 연구를 통해서만 탐색할 수 있습니다(측정 참조).골수 신경섬유의 흥분성을 평가하기 위해 역치 측정을 이용한 실험 관찰 결과 재생된 인터노드의 기능은 실제로 지속적으로 비정상인 것으로 나타났다. 재생된 모터 축삭은 비정상적인 활성막 pr과 일치하는 증가된 레오베이스와 감소된 크로낙시를 나타낸다.조작을 실시.[10]이러한 연구들은 골수화에서 활성의존성 전도 블록이 비정상적으로+ 증가한 Na 전류와 고속+ K [10]정류기의 가용성 증가에 기인한다는 것을 더욱 밝혀냈다.아래에 나열된 것은 가장 만연된 신경 질환들 중 몇 가지에서 관찰된 신경 흥분성의 변화, 따라서 강도 지속 시간 상수에 대한 발견입니다.

근위축성 측삭경화증

근위축성 측삭경화증(ALS)은 상·하부 운동계에 영향을 미치며, 근육 위축, 과반사, 매혹 등 다양한 증상이 나타나며, 이 모든 것은 축 흥분성의 증가를 [7]시사한다.많은 연구에서 비정상적으로 감소된+ K 전도도는 축삭 탈분극으로 이어져 축삭 과민성 및 매혹의 [6][7]발생을 초래한다고 결론지었다.이러한 연구에서 ALS 환자는 대조군 [6][7]피험자보다 더 긴 강도 지속 시간 상수와 낮은 레오베이스 값을 보였다.

또 다른 연구는 감각 레오바아제가 연령 일치 대조군 대상 환자들과 다르지 않은 반면 운동 레오바아제는 유의하게 [7]낮았다는 것을 보여주었다.운동 축삭이 낮은 레오베이스와 긴 강도 지속 시간 상수를 모두 가지고 있다는 것을 발견함으로써 운동 신경세포는 감각 신경세포의 특성[7]함께 ALS에서 비정상적으로 흥분하기 쉽다는 결론을 얻었다.말초 신경 내의 축삭의 상실로 인한 신경의 기하학적 변화가 이러한 레오베이스의 [7]변화를 일으킬 수 있습니다.이 데이터의 논리적 결론은 ALS 환자의 운동 축삭에서 [7]정상보다 더 높은 지속적+ Na 전도성이 있다는 것이다.

마차도요셉병

마차도-요셉병(MJD)소뇌운동실조증, 피라미드형 징후, 안근마비,[6] 다발성 신경병증이 특징인 3중 반복 질환이다.근육경련은 MJD에서 빈번하게 발생하기 때문에 축삭 과민성이 [6][10]질병에서 역할을 하는 것으로 간주되어 왔다.연구에 따르면 MJD 환자의 강도 지속 시간 상수는 대조군보다 상당히 길며 이는 레오베이스의 [6][10]현저한 감소에 해당한다.이러한 데이터는 Na 채널 차단제에 대한+ 연구결과와 함께 축삭 재신경화(장기 축삭 [6][10]변성으로 인한) 동안 조절되지 않을 수 있는 지속성+ Na 채널 전도율 증가에 의해 MJD의 경련이 발생할 가능성이 있음을 시사한다.

당뇨병성 다발성 뉴로파시

당뇨병성 다발성 신경증의 특징적인 특징은 축삭과 탈수성 손상의 혼합으로, 기계적 탈수 및 채널/펌프 기능 [6]장애에서 비롯된다.당뇨병 환자는 정상 [6]환자보다 강도 지속 시간 상수가 상당히 짧고 레오바아제가 훨씬 높은 것으로 밝혀졌다.

원위 신경 세그먼트의 감각 전도 측정 결과 당뇨병 환자에서 현저한 결함이 나타났으며, 당뇨병 [6]환자에서는 지속성+ Na 채널의 기능이 저하되었음을 시사한다.이러한 실험들은 예방 약물의 효능을 위한 새로운 길을 더욱 열었다.시상 감각 섬유에서 크로낙시와 레오바아제 측정 결과 당뇨병 환자의 흥분성의 경미한 감소가 나타났으며, 이는 [6]레오바아제 증가에 따른 감각 섬유의 현저한 감소와 함께 입증되었다.이러한 영향은 당뇨병 환자의 축삭에서 감소된 Na-K-ATPase 활성과 그로 인한 세포내 Na 이온 축적을 유발하고+ 이후 막 통과 Na+ 구배 [6]감소에 기인한다.

샤르코 마리치아병

샤르코 마리치아 질환(CMT)은 유전성 신경증의 가장 일반적인 형태이며 두 가지 유형으로 더 세분될 수 있습니다.타입 1: 탈수, 타입 2: 축삭.[6]이러한 질환이 있는 신경에 대한 크로낙시 및 레오바아제 측정 결과, 전기생리학적으로 탈수(Type I) CMT 환자는 느린 신경 전도 속도를 보이며, 운동 및 감각 활동 전위의 진폭 감소를 수반한다. 더욱이 축삭(Type II) CMT는 상호작용 장애에 기인할 수 있다.슈반 세포와 [6][10]축삭 사이에 있습니다흥분성 측정의 변화는 일반적으로 보편적이며 환자마다 거의 차이가 없으며, 이는 짧은 [10]인터노드와 관련된 케이블 특성이 변경되었음을 시사하는 탈수분포에 기인할 수 있다.

다초점 운동 신경증

다초점 운동 신경증(MMN)은 거의 전적으로 근육 약화, 위축, [6]매혹으로 특징지어지는 드문 임상 사례이다.MMN의 중요한 특징은 강도-기간 상수가 유의하게 작아 레오베이스의 [6]현저한 증가에 대응한다는 것이다.두 측정 모두 정맥내 면역글로불린 치료 [6]후 정상화된 것으로 나타났다.

만성 염증성 탈수성 다발성 신경증

만성 염증성 탈수성 다뉴로파시([6][10]CIDP)는 면역학적 탈수성 다뉴로파시이다.탈수에 의한 초자연 캐패시턴스 증가로 인해 환자는 자극 역치 증가, 강도 지속 시간 상수 단축 및 레오바아제 [6][10]증가를 경험한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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