離子通道電流

1、,第四章 離子通道電流,,一、離子通道電流分類(lèi),,（一）攜帶內(nèi)向電流的通道,1. 鈉通道電流：心臟已發(fā)現(xiàn)兩種，一是存在于心房肌、心室肌細(xì)胞和希浦系統(tǒng)的電壓依賴(lài)性鈉通道；另外一種是存在于竇房結(jié)和房室結(jié)中的非電壓依賴(lài)性通道(INa-B),它所攜帶的背景內(nèi)向電流具有起搏作用。 2. 鈣通道電流： 主要有兩種，一是ICa-L ；另外一種是ICa-T 。 3. 其它內(nèi)向電流：If 是由Na+攜帶的內(nèi)向電流，屬于起搏電流之一。,,（二）

2、攜帶外向電流的通道,IK1 ：內(nèi)向整流鉀電流 IK ：延遲整流鉀電流(IKur, IKr, IKs) Ito ：瞬時(shí)外向鉀電流 IKAch ：乙酰膽堿敏感鉀電流 IKATP ：ATP敏感鉀電流 IKCa：鈣激活鉀通道電流,,,（三） 其它電流,ICl ：氯離子電流，外流產(chǎn)生一種內(nèi)向電流，在起搏細(xì)胞的自動(dòng)除極化中起一定的作用； I Na/Kpump (I pump

3、) ：鈉鉀泵電流，每次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泵出3個(gè)Na+換進(jìn)2個(gè)K+，因而產(chǎn)生一種微小的外向電流，稱(chēng)泵流。,,二、鈉通道電流,,INa 是神經(jīng)和肌肉，包括心肌，興奮或去極化的第一個(gè)離子流。在心肌細(xì)胞，去極化過(guò)程中有無(wú)INa參與是產(chǎn)生快反應(yīng)電位與慢反應(yīng)電位的根本原因。所以，它的變化對(duì)興奮的發(fā)生及傳播均有重要意義。,,1. 鈉通道的全細(xì)胞記錄,人體心房肌細(xì)胞INa電流圖及電流-電壓曲線（I-V）,,,2.鈉通道電流的單通道記錄,當(dāng)用細(xì)胞貼附式鉗制時(shí)，在心

4、肌細(xì)胞膜上可記錄到在不同去極化電壓下的鈉單通道電流。與全細(xì)胞離子流不同，通道電流在某一電壓下，只表現(xiàn)為一定大小的電流出現(xiàn)與消失，即單個(gè)通道的開(kāi)放與關(guān)閉。單通道電導(dǎo)與電壓呈線性相關(guān)，與全細(xì)胞鉗制及多細(xì)胞標(biāo)本上電壓鉗制所得的結(jié)果一致。,,,Vm(mV),g/gmax,3. 鈉通道的激活與失活曲線,（1） 激活曲線,通常用激活曲線表示，反映通道開(kāi)啟的難易程度。g/gmax= 1/{1+exp[(Vm-V1/2)/K]} ，gNa= INa/

5、 (E-ENa), E為去極化鉗制電位，ENa為鈉通道的平衡電位。,,,（2） 失活曲線,失活曲線的測(cè)定，可通過(guò)改變K+濃度，以改變膜的靜息電位，在不同靜息電位水平進(jìn)行刺激，以測(cè)定在動(dòng)作電位發(fā)生過(guò)程中，最大去極化速率的值。若以所得到的最大值為1時(shí)，其它數(shù)值按最大值的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，并以之為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的電位為橫坐標(biāo)作圖，即得出的INa失活曲線,采用Boltzmann方程對(duì)失活曲線進(jìn)行擬合I/Imax =1 / {1 +exp[-(V-V1

6、/2)/k]}。,,,（3）鈉通道失活后的恢復(fù),將后一脈沖刺激所得電流（P2）與前一脈沖刺激所得者（P1）之比值對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔作圖, 采用單指數(shù)方程Y=A+B×exp(-X /τ)擬合 [Y=P2峰電流與P1峰電流的比值；X=P1~P2的間隔時(shí)間；τ（tau）=恢復(fù)時(shí)間常數(shù)],,（4）通道閘門(mén),快Na+電流是Na+通過(guò)通道時(shí)的離子電流。故其動(dòng)力學(xué)取決于Na+通道的開(kāi)放狀態(tài)。根據(jù)Hodgkxin-Huxley的閘門(mén)學(xué)說(shuō)來(lái)解釋INa

7、的激活與失活過(guò)程。設(shè)想，Na+通道有兩組帶電粒子起著門(mén)控作用。,一個(gè)是激活粒子（閘門(mén)），又稱(chēng)m門(mén)、A閘門(mén) ，另一個(gè)是失活粒子（閘門(mén)），又稱(chēng)h門(mén)、I閘門(mén),,5. 鈉通道的電流特點(diǎn),（1）特點(diǎn) ① 膜去極化達(dá)閾電位（約－70mV）時(shí)此電流出現(xiàn)； ② 膜去極化達(dá)Na+平衡電位時(shí)消失（約＋30mV）； ③ 具有時(shí)間依賴(lài)性（τ＝1ms），即使膜電位維持在Na+通道開(kāi)放所需的電位水平， Na+電流亦可作為時(shí)間的函數(shù)而消失； ④ 在膜完全

8、去極階躍（full depolaring step）之前將膜維持在一低電壓狀態(tài)，則Na+電流失活，此時(shí)再經(jīng)一去極化電流也不能激活Na+電流。,,（2）心肌細(xì)胞鈉電流的類(lèi)型,,近年來(lái)發(fā)現(xiàn)除了上述主要INa以外，還有兩種較小的INa ，其特點(diǎn)與主要INa不同。Carmeliet在兔蒲氏纖維上發(fā)現(xiàn)， INa除了快速失活的主要成分外，還有失活很慢的成分。Saint等人在大鼠單個(gè)心室肌細(xì)胞上，記錄到對(duì)TTX敏感的慢失活I(lǐng)Na 。 最

9、近在大鼠心室肌細(xì)胞上，發(fā)現(xiàn)另一種鈉離子流，它與Ca 2+共同通過(guò)一種鈉通道。TTX可抑制這種通道活動(dòng)，不論它是由Na+還是Ca2+介導(dǎo)的離子流。這種離子流稱(chēng)為I Ca(TTX) 。,,（3）鈉電流的亞狀態(tài),近年來(lái)的工作發(fā)現(xiàn)，INa還可以出現(xiàn)一種亞狀態(tài)（substate)。它表現(xiàn)為在通道開(kāi)放后，不回到完全關(guān)閉狀態(tài)，而在一種新的“關(guān)閉”狀態(tài)下重新開(kāi)放。 INa的單通道電導(dǎo)為21pS，而亞狀態(tài)的電導(dǎo)為3.1pS。目前對(duì)亞狀態(tài)的意

10、義尚不清楚。,,6.毒素與藥物對(duì)鈉電流的影響,鈉通道上毒素受體的位點(diǎn),,鈉通道蛋白的提純，就是利用它與毒素選擇性的結(jié)合而進(jìn)行的。TTX和STX為含胍基的水溶性毒素。作用的受體部位在通道外側(cè)口。心肌對(duì)其敏感性低。心肌細(xì)胞的鈉通道，由于對(duì)其敏感性不同，分為快鈉通道與慢鈉通道。,快鈉通道——激活所需電壓絕對(duì)值高，失活速度 快，引起0期去極，對(duì)高濃度TTX、奎尼丁、利多卡因敏感。 慢鈉通道——激活所需電壓絕對(duì)值低，失活速度慢，

11、參與2期平臺(tái)，對(duì)低濃度TTX、奎尼丁、利多卡因敏感。,豚鼠心室肌細(xì)胞I Ca,三 鈣通道電流,豚鼠心室肌細(xì)胞I Ca,,（1）它觸發(fā)胞內(nèi)鈣儲(chǔ)藏釋放，從而促進(jìn)興奮－收縮偶聯(lián)；（2）它是維持心肌細(xì)胞動(dòng)作電位有個(gè)較長(zhǎng)平臺(tái)的主要內(nèi)向電流；（3）由于它維持較長(zhǎng)時(shí)的去極化電位水平，從而為其它電流的活動(dòng)提供適合的電位條件；（4）為心肌細(xì)胞動(dòng)作電位有較長(zhǎng)有效不應(yīng)期提供電位條件。,鈣離子流是在繼鈉離子流引發(fā)的心肌細(xì)胞膜去極化基礎(chǔ)上，發(fā)生活動(dòng)的第

12、二個(gè)內(nèi)向電流。它在心肌細(xì)胞動(dòng)作電位中起重要作用。,,目前已知心肌細(xì)胞膜上有兩種鈣通道：L－型鈣通道及T－型鈣通道。 L－型鈣通道是最早在心肌細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)的鈣通道，也是首次在細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)的除鈉和鉀以外的新通道。,豚鼠心室肌細(xì)胞I Ca 的I-V曲線,,（一）鈣通道的激活與失活,和快Na+內(nèi)向電流相似，慢內(nèi)向電流也有激活過(guò)程，其激活曲線呈S型，大約在0mV電位時(shí)，激活曲線達(dá)最大值。Ca2+通道的激活、失活以及再?gòu)?fù)活所需時(shí)間均比Na+通道要長(zhǎng)，

13、經(jīng)Ca2+通道跨膜的Ca2+內(nèi)向電流，起始慢，平均持續(xù)時(shí)間也長(zhǎng)，因而稱(chēng)為慢通道和慢內(nèi)向電流。,,（二）通道的離子選擇性和門(mén)控特性,Ca2+通道的離子選擇性較差，Ca2+、Na+、 K+等可通過(guò)。動(dòng)作電位平臺(tái)期的內(nèi)向離子流，主要由Ca2+負(fù)載，僅有Na+參與。慢Ca2+通道具有電壓依賴(lài)性，由激活門(mén)（d門(mén)）和失活門(mén)（f門(mén)）雙重控制。慢Ca2+通道也具有時(shí)間依賴(lài)性，其激活時(shí)間常數(shù)約比Na+通道的時(shí)間常數(shù)長(zhǎng)20倍。,,（三）L型Ca2+電流,1

14、. 門(mén)控電流,與鈉通道的門(mén)控電流的特點(diǎn)相似，在鈣通道上也有關(guān)于門(mén)控電流的報(bào)道。一般使用Ca2+及La3+阻斷鈣通道以觀察在去極化時(shí)細(xì)胞膜內(nèi)電荷的運(yùn)動(dòng)。鈣通道門(mén)控電流受有機(jī)鈣通道阻斷劑的抑制性影響。ICa-L的記錄去極化時(shí)間為6ms，而門(mén)控電流的去極化時(shí)間為20ms。,,2.L型鈣通道的離子流,ICa-L各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)定方法與INa完全相同，只是維持電壓與試驗(yàn)電壓略有差異。在ICa-L的穩(wěn)態(tài)激活與失活曲線之間，有一個(gè)明顯的窗流區(qū)。在此區(qū)域的

15、電壓范圍內(nèi)，ICa-L是處于既激活而又未完全失活的狀態(tài)。因此，在此電壓范圍內(nèi)可以有持續(xù)的ICa-L內(nèi)流。,,ICa-L 通道的失活，一方面與INa相似屬電壓依賴(lài)性，但另一方面，它的失活又依賴(lài)于細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，因此，又是Ca2+依賴(lài)性的。,① 當(dāng)細(xì)胞外Ca2+濃度升高而ICa幅度增大時(shí)，去極化引起的失活也加快； ② 用其它離子如Ba2+代替Ca2+時(shí)，在去極化時(shí)，其失活變慢； ③Ca2+內(nèi)流因細(xì)胞內(nèi)注入EGTA而被螯合時(shí)，ICa失

16、活變慢； ④ 向細(xì)胞內(nèi)注入Ca2+而使胞內(nèi)Ca2+濃度增高時(shí)，失活變快。,,3. β－腎上腺素（或G蛋白）對(duì)I Ca.L的調(diào)節(jié)作用,β－腎上腺素能激動(dòng)劑對(duì)心臟的變時(shí)及變力效應(yīng)是通過(guò)L－型鈣通道的反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的。它通過(guò)β－腎上腺素能受體激動(dòng)的cAMP的產(chǎn)生而實(shí)現(xiàn)的，G蛋白在這個(gè)過(guò)程中起重要作用。 cAMP蛋白激酶促使依賴(lài)于磷酸化而不依賴(lài)于電壓的閘門(mén)g’打開(kāi)，通道處于可利用狀態(tài)，在電壓依賴(lài)性閘門(mén)也開(kāi)著的情況下，使通道導(dǎo)通。,,4. ICa

17、.L的亞狀態(tài),L-型鈣通道的亞狀態(tài)，是在心肌細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)最早的離子通道活動(dòng)亞狀態(tài)。在用（＋）-（s）-202-791作用下, L-型鈣通道失活大為減慢，此時(shí)可用Cs+ K+或 Na+作為通透性離子觀察通道活動(dòng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在PH降低條件下，通道可在兩種水平上關(guān)閉。,,5 . L型鈣通道的阻斷劑及激動(dòng)劑,對(duì)河豚毒素TTX不敏感，但可被異博定（verapamil）、D-600（加絡(luò)帕米）（一種異博定的衍生物）和Mn2+ 、Co2+ 、La2+

18、等所阻斷。雙氫吡啶類(lèi)（nifedipine）等也可阻斷。酸中毒、缺血、缺O(jiān)2、代謝抑制劑、局麻藥也可阻斷ICa。當(dāng)PH為6.6時(shí)，慢內(nèi)向電流降低50％，而PH為6.1時(shí)，則慢通道被完全阻斷。,,（四）T型Ca2+通道及其電流,① 其激活閾值較低，一般在-50到-60mV; ② 它的失活也快，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程與INa相似，而與ICa.L不同。其激活及失活曲線也呈Boltzmann分布; ③ 它在0相去極化時(shí)起作用; ④ 它沒(méi)有Ca2＋依

19、賴(lài)性，并對(duì)L-型鈣通道阻斷劑及β－腎上腺素能受體激動(dòng)劑不敏感； ⑤ 它的單通道電導(dǎo)小于L-型鈣通道; ⑥ 對(duì)低濃度及阿米洛利（amiloride ）比較敏感。,T-型鈣通道與L-型鈣通道有許多相似之處，但也有不同。,,四. 鉀通道電流,鉀通道電流是引起心肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極的主要電流。除了動(dòng)作電位開(kāi)始時(shí)的0相去極化外，它在其它各相中均起重要作用。目前已知至少有10種鉀電流。根據(jù)它們的不同特性，大致可以分為3種類(lèi)型（1）延遲整流（de

20、layed rectifier）；（2）瞬時(shí)外向電流（transient outward current）以及（3）即時(shí)發(fā)生而無(wú)失活。,,（一）延遲整流鉀電流（IK）,最初，這一外向電流是在狗浦氏纖維上發(fā)現(xiàn)的。它屬于無(wú)失活的離子流類(lèi)型，是心肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極的重要電流，它的抑制就使動(dòng)作電位時(shí)程延長(zhǎng)。這在抗心律失常及心律失常的發(fā)生上有重要意義。其去激活則在竇房結(jié)的起搏中起著關(guān)鍵性作用。,,1. 緩慢延遲整流鉀電流（IKs),IKs的特性即

21、為通常所認(rèn)為的IK，它在去極化經(jīng)數(shù)秒鐘才達(dá)到穩(wěn)態(tài)，在復(fù)極時(shí)其去激活也很慢，在-80mV時(shí)需數(shù)百毫秒。IKs的密度在不同動(dòng)物心肌細(xì)胞上是不同的，豚鼠及狗的心室肌較多，而在大鼠、貓及兔心室肌上則較少。,,2. 快速延遲整流鉀電流（IKr),IKr存在于豚鼠心房肌及心室肌、兔心室肌及纖維以及貓心室肌上。在豚鼠心房肌上，IKr與IKs同時(shí)存在，當(dāng)IKs充分激活時(shí)，其幅度遠(yuǎn)大于IKr， IKr的激活電位比IKs為低，而且激活時(shí)程遠(yuǎn)快于IKs。豚鼠

22、的IKr有明顯的內(nèi)向整流性質(zhì)，而人與大鼠心肌細(xì)胞的IKr的內(nèi)向整流性質(zhì)較弱。,,3. 超快速延遲整流鉀電流（IKur),在人心房肌上，發(fā)現(xiàn)另一種不同于IKr及IKs的延遲整流電流。其激活更快（激活時(shí)間常數(shù)在25℃時(shí)為2~18ms）。它在-30mV時(shí)激活，幾乎不失活。它的活動(dòng)呈電壓依賴(lài)性，具有外向整流性質(zhì)。它對(duì)TEA、Ba2+、atropine及無(wú)Cl-均不敏感，而對(duì)4-AP高度敏感。,,4.影響IK的各種因素,β-受體激動(dòng)劑能明顯增強(qiáng)I

23、K的幅度并使其激活曲線向復(fù)極的方向偏移，即更易于被激活。因此β-受體激動(dòng)劑可使動(dòng)作電位縮短。細(xì)胞內(nèi)Ca2＋濃度的增高及蛋白激酶C均能增強(qiáng)IK。 IK的阻斷劑是臨床上重要的抗心律失常藥。業(yè)已證明以下物質(zhì)是IK的選擇性阻斷劑：dofetilide,E-4031,UK-68798,UK-66914,Way123,398,sematilide,d-sotalol, CK3579及clofilium。至于IKS的阻斷劑，則不如IKr那樣具有特異性

24、，如： tedisamil 、quinidine、 amiodarone及 clofilium。,,（二）瞬時(shí)外向鉀電流,這是在心肌細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)較早的一個(gè)離子流。目前已明確它是具有失活特性的外向鉀電流。包含兩種成分：ILo及IBo或Ito1及Ito2 。它們的發(fā)生機(jī)制有所不同，前者是4-AP敏感的（SH族），而后者是Ca2+依賴(lài)性的（SLO族）。但在分子結(jié)構(gòu)上，均由4個(gè)含有6個(gè)α螺旋的亞單位組成。,,由于Ito2情況比較復(fù)雜，目前研究較少

25、，一般Ito2均指Ito1。 Ito在去極化條件下激活，是屬于有失活過(guò)程的鉀通道，其穩(wěn)態(tài)激活與失活曲線的測(cè)定方法基本相同，只是Ito是外向電流。它對(duì)動(dòng)作電位的1相復(fù)極起重要作用，4-AP是Ito的選擇性阻斷劑。,,（三）心肌細(xì)胞內(nèi)向整流鉀電流（IK1）,IK1的分子結(jié)構(gòu)與Sh族不同，在負(fù)于反轉(zhuǎn)電位時(shí)的內(nèi)向部分與電壓呈線性關(guān)系，而正于反轉(zhuǎn)電位時(shí)不呈線性關(guān)系，而呈整流現(xiàn)象。如果鉗制電壓很負(fù)時(shí)如-120mV以上， IK1則仍然有激活現(xiàn)象而呈時(shí)

26、間依賴(lài)性。細(xì)胞內(nèi)Mg2+能抑制細(xì)胞內(nèi)K+外流，若降低細(xì)胞內(nèi)Mg2+，則可消除IK1的內(nèi)向整流而呈線性相關(guān)。,,IK1常用的阻斷劑中，無(wú)機(jī)離子為Cs+與Ba2+，當(dāng)然它們不是選擇性的阻斷劑。在有機(jī)物阻斷劑中RP58866及RP62719為3μmol/L時(shí)是IK1選擇性的阻斷劑。常用IK1的阻斷劑還有TEA，它也不是選擇性的，它也能抑制IK。,,(四) 乙酰膽堿敏感的鉀通道電流（IKAch）,IKAch只存在于竇房結(jié)心房肌及房室結(jié)細(xì)胞上。它

27、是配體-依賴(lài)性通道電流，其活動(dòng)與細(xì)胞膜上的M-Ach受體及細(xì)胞內(nèi)G-蛋白有關(guān)。Ach作用于M2受體，在G-蛋白激動(dòng)下，使鉀通道開(kāi)放。,,（五）ATP敏感的鉀通道電流（IK（ATP））,它是由細(xì)胞內(nèi)ATP濃度降低所引起的特殊的鉀通道活動(dòng)產(chǎn)生的電流。 IK（ATP）雖然在正常條件下無(wú)大活動(dòng)，但在缺氧或在代謝阻滯劑作用下，活動(dòng)加強(qiáng)，而使動(dòng)作電位復(fù)極加速。目前已發(fā)現(xiàn)格列苯脲（Glibenclamide）是常用的IK（ATP）選擇性阻斷劑，是常用

28、的IK（ATP）開(kāi)放劑。,,(六) Ca2+激活的鉀通道電流（IK Ca）,IKCa是由細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增高而引起的一種鉀通道活動(dòng)。一般按其電導(dǎo)大小分為小IKCa ，其SK單通道電導(dǎo)200ps三種。一般認(rèn)為， IK Ca的作用是調(diào)整細(xì)胞的興奮性或肌肉的緊張度，隨動(dòng)作電位時(shí)的Ca2+的進(jìn)入細(xì)胞，而迅速將K+排除，而維持一定的電位。這至少對(duì)血管緊張度的調(diào)節(jié)有重要意義。,,（七）Na+激活的鉀通道電流（IK Na）,在動(dòng)作電位的0相去極化時(shí)

29、可有瞬時(shí)的Na+濃度突然增高。另外Na/K泵受到抑制時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的Na+也可以增加。細(xì)胞內(nèi)Na+的異常增高，可使膜上的一種特殊的鉀通道開(kāi)放，即IKNa。它的單通道電導(dǎo)很大，達(dá)210ps，細(xì)胞內(nèi)Mg2+及/或Na+是形成內(nèi)向整流的因素。,,(八) 平臺(tái)鉀電流（IKp）,IKp是在豚鼠心室肌細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)的一種K+離子流，在膜電位為正時(shí)，在5ms內(nèi)激活，并且無(wú)失活，但是它的去激活在復(fù)極時(shí)卻很快，它在為0mmol/L時(shí)仍保留其活動(dòng)，這就可以把它與