5 Regulering af intracellulære anionkoncentrationer
Chloridregulering afhænger af koordineringen af flere processer (Fig. 2). Visse kloridlækagekanaler er blevet foreslået til at reducere den intracellulære kloridkoncentration ved at fungere som envejsventiler. Denne idé stammer fra den observation, at kloridkanaler som ClC-2 (gen clcn2) er mere permeable for klorid, der forlader cellen, end for klorid, der kommer ind i cellen.35 Uanset denne differentierede permeabilitet, der betegnes som rektifikation, afhænger kloridstrømmenes retning stadig af kloriddrivkraften. Det betyder, at klorid sjældent eller aldrig vil have mulighed for at forlade cellen via ClC-2, fordi kloriddrivkraften næsten altid er i den modsatte retning. Fordi “ventilen” er ufuldkommen, lader ClC-2-kanalerne faktisk klorid sive ind i cellen.36
Den manglende evne for kanalerne til at lukke klorid ud af cellen fremhæver behovet for forskellige iontransportmekanismer, der kan flytte klorid mod dets gradient.37 Cotransportere eller symportere flytter to eller flere ionarter i samme retning gennem cellemembranen; klorid kan bevæge sig mod sin gradient ved at følge en anden ion, der bevæger sig ned ad gradienten, i ryggen. Udvekslere, eller antiportere, gør i praksis det samme, men ved at koble bevægelsen af ionarter, der flyder i modsatte retninger gennem membranen. Den vigtigste kloridextruder i neuroner er kalium-klorid-kotransporter 2 (KCC2) (gen slc12a5). KCC2 lader klorid følge med kaliumioner, der strømmer ned ad deres gradient og ud af cellen. Processen er elektroneutral på grund af en 1:1-støkiometri mellem klorid og kalium. Processen er ikke aktiv, for så vidt som den ikke direkte involverer hydrolyse af ATP (og derfor bør den ikke betegnes som pumpning); i stedet er processen sekundært aktiv, da KCC2 er afhængig af kaliumgradienten, der opretholdes af natrium-kalium-ATPasen, som pumper kalium ind i cellen.
Natrium-kalium-chlorid-cotransporter 1 eller NKCC1 (gen slc12a2) er en anden vigtig bidragyder til neuronal kloridhomeostase. NKCC1 udnytter natriumgradienten til at flytte kalium og klorid ind i cellen, hvilket resulterer i en høj intracellulær kloridkoncentration. Dette er naturligvis det modsatte af, hvordan KCC2 påvirker klorid. Den relative ekspression af NKCC1 og KCC2 dikterer således den intracellulære kloridkoncentration, uanset virkningerne af kloridbelastning gennem forskellige kloridkanaler, herunder aktiverede GABAA- og glycin-kanaler. Der er flere punkter, der skal bemærkes. For det første udtrykkes NKCC1 stærkt tidligt i udviklingen, mens KCC2 kun udtrykkes svagt, men der sker et udviklingsmæssigt skift, som fører til det omvendte mønster i voksenalderen.38,39 I rygmarvets dorsalhorn hos rotter synes Eanion at nå sin modne værdi omkring 2 uger efter fødslen,40 men fuld kloridextrusionskapacitet nås først 3-4 uger efter fødslen41; med andre ord overvælder kloridbelastningen lettere den KCC2-medierede klorideekstrudering i unge neuroner. For det andet sker udviklingsskiftet ikke i primære afferente neuroner, hvilket betyder, at NKCC1-niveauerne forbliver høje, hvilket resulterer i høje intracellulære kloridkoncentrationer i disse celler.42,43 For det tredje udtrykkes NKCC1 og KCC2 ikke ensartet inden for selv et enkelt neuron, hvilket kan føre til højt intracellulært klorid i ét kompartment (f.eks. det indledende axon-segment) og lavt intracellulært klorid i andre kompartmenter (f.eks. soma og dendritter).44,45 Og endelig kan de normale voksne niveauer af KCC2-ekspression være patologisk ændrede (afsnit 8).
Der skal nævnes noget om, hvordan elektrofysiologiske optagelser udføres, da dette (bevidst eller utilsigtet) kan føre til ændringer i den intracellulære kloridkoncentration. Ved helcelle-patchclamp-teknikken sprænges cellemembranen for at få elektrisk adgang til cellen efter at have forseglet patchpipetten til cellemembranen; følgelig dialyseres cytosolen med pipetteopløsningen. Pipetteopløsningen er ofte udformet til at have en kloridkoncentration, der tilnærmelsesvis svarer til det naturlige intracellulære niveau, men nogle gange har den bevidst en høj kloridkoncentration for at øge kloriddrivkraften (f.eks. for at lette påvisningen af små hæmmende postsynaptiske strømme). Begge fremgangsmåder er acceptable, alt efter hvilket spørgsmål der stilles. Men i begge tilfælde betyder dialysering af cellen, at det intracellulære klorid effektivt er fastlåst på eller tæt på kloridniveauet i pipetteopløsningen, hvilket naturligvis ikke er hensigtsmæssigt til måling af det naturlige kloridniveau i cellen. Dette problem kan løses ved at anvende teknikken med perforerede lapper.46 Når det er sagt, kan dialysering af cellen bruges til at teste ekstruderingskapaciteten ved at bestemme, om den intracellulære kloridkoncentration er i ligevægt med pipettekoncentrationen, eller om cellen formår at opretholde et lavere niveau på grund af sine ekstruderingsmekanismer.47,48 Ved spændingsklemme ændres membranpotentialet desuden pludseligt og holdes på vilkårligt valgte værdier, hvilket kan føre til meget unaturlige kloriddrivkræfter. Som forklaret af Ratté og Prescott,36 skal sådanne eksperimentelle detaljer overvejes nøje for at undgå fejlfortolkninger.
Som allerede nævnt strømmer bikarbonat ud gennem aktiverede GABAA- og glycinreceptorer. Sandsynligheden for, at bikarbonatudstrømning forårsager ekstracellulær ophobning, er lille i betragtning af den relativt ubegrænsede diffusion af bikarbonat i det ekstracellulære rum, men bikarbonatudstrømning kan udtømme de intracellulære bikarbonatniveauer og forårsage et fald i pH-værdien49 . Dette har dog tendens til ikke at ske under normale forhold, fordi intracellulært bikarbonat genopfyldes ved omdannelse af kuldioxid og vand til bikarbonat og protoner ved hjælp af enzymet kulsyreanhydrase; som gas diffunderer kuldioxid frit gennem cellemembranen. Intracellulært bikarbonat kan udtømmes (og dets udstrømning således begrænses) ved blokering af carbonsyreanhydrase med acetazolamid32 , som faktisk kan have smertestillende virkninger (afsnit 9). Regulering af pH indebærer andre kemiske reaktioner og transportmekanismer, og bikarbonat selv kan transporteres over cellemembranen i bytte for chlorid50
.