离子通道电流..ppt

第四章第四章 离子通道电流离子通道电流 一、离子通道电流分类 （一）携带内向电流的通道 Ø 1. 钠通道电流：心脏已发现两种，一是存在于心房肌、心室 肌细胞和希浦系统的电压依赖性钠通道；另外一种是存在于窦 房结和房室结中的非电压依赖性通道(INa-B),它所携带的背景内 向电流具有起搏作用 Ø 2. 钙通道电流： 主要有两种，一是ICa-L ；另外一种是ICa-T Ø 3. 其它内向电流：If 是由Na+携带的内向电流，属于起搏电 流之一 （二）携带外向电流的通道 Ø IK1 ：内向整流钾电流 Ø IK ：延迟整流钾电流(IKur, IKr, IKs) Ø Ito ：瞬时外向钾电流 Ø IKAch ：乙酰胆碱敏感钾电流 Ø IKATP ：ATP敏感钾电流 Ø IKCa：钙激活钾通道电流 （三） 其它电流 Ø ICl ：氯离子电流，外流产生一种内向电流 ，在起搏细胞的自动除极化中起一定的作用； Ø I Na/Kpump (I pump ) ：钠钾泵电流，每次运转 时泵出3个Na+换进2个K+，因而产生一种微小 的外向电流，称泵流 二、钠通道电流 INa 是神经和肌肉，包括心肌，兴奋或去极 化的第一个离子流。

在心肌细胞，去极化过程 中有无INa参与是产生快反应电位与慢反应电位 的根本原因所以，它的变化对兴奋的发生及 传播均有重要意义 1. 钠通道的全细胞记录 人体心房肌细胞INa电流图及电流-电压曲线（I-V） 2.钠通道电流的单通道记录 当用细胞贴附式钳制时， 在心肌细胞膜上可记录到在不 同去极化电压下的钠单通道电 流与全细胞离子流不同，通 道电流在某一电压下，只表现 为一定大小的电流出现与消失 ，即单个通道的开放与关闭 单通道电导与电压呈线性相关 ，与全细胞钳制及多细胞标本 上电压钳制所得的结果一致 Vm(mV) g/gmax 3. 钠通道的激活与失活曲线 （1） 激活曲线 通常用激活曲线表示，反映通道开启的难易程度 g/gmax= 1/{1+exp[(Vm-V1/2)/K]} ，gNa= INa/ (E-ENa), E为 去极化钳制电位，ENa为钠通道的平衡电位 （2） 失活曲线 失活曲线的测定，可通过改变 K+浓度，以改变膜的静息电位，在 不同静息电位水平进行刺激，以测 定在动作电位发生过程中，最大去 极化速率的值若以所得到的最大 值为1时，其它数值按最大值的百 分数来表示，并以之为纵坐标，相 应的电位为横坐标作图，即得出的 INa失活曲线,采用Boltzmann方程 对失活曲线进行拟合I/Imax =1 / {1 +exp[-(V-V1/2)/k]}。

2nA 20ms -50mV Vh= -90mV （3）钠通道失活后的恢复 将后一脉冲刺激所得电流（P2）与前一脉冲刺激所得者（P1）之比值对 应时间间隔作图, 采用单指数方程Y=A+B×exp(-X /τ)拟合 [Y=P2峰电流与P1 峰电流的比值；X=P1~P2的间隔时间；τ（tau）=恢复时间常数] （4）通道闸门 快Na+电流是Na+通过通道时的离子电流故其动力学取 决于Na+通道的开放状态根据Hodgkxin-Huxley的闸门学说 来解释INa的激活与失活过程设想，Na+通道有两组带电粒子 起着门控作用 一个是激活粒子（闸门），又称m门、A闸门 ， 另一个是失活粒子（闸门），又称h门、I闸门 5. 钠通道的电流特点 （1）特点 Ø ① 膜去极化达阈电位（约－70mV）时此电流出现； Ø ② 膜去极化达Na+平衡电位时消失（约＋30mV）； Ø ③ 具有时间依赖性（τ＝1ms），即使膜电位维持在 Na+通道开放所需的电位水平， Na+电流亦可作为时间的 函数而消失； Ø ④ 在膜完全去极阶跃（full depolaring step）之前将膜 维持在一低电压状态，则Na+电流失活，此时再经一去极 化电流也不能激活Na+电流。

（2）心肌细胞钠电流的类型 近年来发现除了上述主要INa以外，还有两种较 小的INa ，其特点与主要INa不同Carmeliet在兔蒲氏 纤维上发现， INa除了快速失活的主要成分外，还有 失活很慢的成分Saint等人在大鼠单个心室肌细胞 上，记录到对TTX敏感的慢失活INa 最近在大鼠心室肌细胞上，发现另一种钠离子流 ，它与Ca 2+共同通过一种钠通道TTX可抑制这种 通道活动，不论它是由Na+还是Ca2+介导的离子流 这种离子流称为I Ca(TTX) （3）钠电流的亚状态 近年来的工作发现，INa还可以出现一种亚状 态（substate)它表现为在通道开放后，不回到 完全关闭状态，而在一种新的“关闭”状态下重新 开放 INa的单通道电导为21pS，而亚状态的电导为 3.1pS目前对亚状态的意义尚不清楚 6.毒素与药物对钠电流的影响 钠通道上毒素受体的位点 位点毒素效应 1河豚毒(Tetrodotoxin, TTX) 河蚌毒素(Saxitoxin, STX) 食鱼鱼螺毒素(ω-Concotoxin) 抑制离子电导电导 2藜芦定(Veratridine) 蟾毒素(Batrachotoxin, BTX) 乌头乌头 碱(Aconitine) 木藜芦毒素(Grayanotoxin, GTX) 持续续激活 3α-蝎毒素(α-Scorpin toxins) Sea anemone toxins 抑制失活，促进进持续续激活 4β-蝎毒素(β-Scorpin toxins)改变变激活的电压电压 依赖赖性 5短裸甲藻毒素（Brevetoxins) 西加血毒素（Ciguatoxins） 反复发发放，改变变激活的电压电压 依赖赖 性 钠通道蛋白的提纯，就是利用它与毒素选择性的 结合而进行的。

TTX和STX为含胍基的水溶性毒素 作用的受体部位在通道外侧口心肌对其敏感性 低心肌细胞的钠通道，由于对其敏感性不同，分 为快钠通道与慢钠通道 快钠通道——激活所需电压绝对值高，失活速度 快，引 起0期去极，对高浓度TTX、奎尼丁、利多卡因敏感 慢钠通道——激活所需电压绝对值低，失活速度慢，参 与2期平台，对低浓度TTX、奎尼丁、利多卡因敏感 豚鼠心室肌细胞I Ca 三 钙通道电流 豚鼠心室肌细胞I Ca Ø （1）它触发胞内钙储藏释放，从而促进兴奋－收缩偶联； Ø （2）它是维持心肌细胞动作电位有个较长平台的主要内向 电流； Ø （3）由于它维持较长时的去极化电位水平，从而为其它电 流的活动提供适合的电位条件； Ø （4）为心肌细胞动作电位有较长有效不应期提供电位条件 钙离子流是在继钠离子流引发的心肌细胞膜 去极化基础上，发生活动的第二个内向电流它 在心肌细胞动作电位中起重要作用 目前已知心肌细胞膜上有两种钙通道：L－型钙通道 及T－型钙通道 L－型钙通道是最早在心肌细胞上发现的 钙通道，也是首次在细胞膜上发现的除钠和钾以外的新通 道 豚鼠心室肌细胞I Ca 的I-V曲线 （一）钙通道的激活与失活 和快Na+内向电流相似，慢内向电流也有激活过程，其 激活曲线呈S型，大约在0mV电位时，激活曲线达最大值。

Ca2+通道的激活、失活以及再复活所需时间均比Na+通道要 长，经Ca2+通道跨膜的Ca2+内向电流，起始慢，平均持续时 间也长，因而称为慢通道和慢内向电流 （二）通道的离子选择性和门控特性 Ca2+通道的离子选择性较差，Ca2+、Na+、 K+ 等可通过动作电位平台期的内向离子流，主要 由Ca2+负载，仅有Na+参与慢Ca2+通道具有电压 依赖性，由激活门（d门）和失活门（f门）双重 控制慢Ca2+通道也具有时间依赖性，其激活时 间常数约比Na+通道的时间常数长20倍 （三）L型Ca2+电流 1. 门控电流 与钠通道的门控电流的特点相似，在钙通道 上也有关于门控电流的报道一般使用Ca2+及 La3+阻断钙通道以观察在去极化时细胞膜内电荷 的运动钙通道门控电流受有机钙通道阻断剂的 抑制性影响ICa-L的记录去极化时间为6ms，而门 控电流的去极化时间为20ms 2.L型钙通道的离子流 ICa-L各项参数的测定方法与INa完全相同，只是维持电压 与试验电压略有差异在ICa-L的稳态激活与失活曲线之间， 有一个明显的窗流区在此区域的电压范围内，ICa-L是处于 既激活而又未完全失活的状态。

因此，在此电压范围内可以 有持续的ICa-L内流 ICa-L 通道的失活，一方面与INa相似属电压依 赖性，但另一方面，它的失活又依赖于细胞内Ca2+ 浓度，因此，又是Ca2+依赖性的 Ø ① 当细胞外Ca2+浓度升高而ICa幅度增大时，去极化引起的 失活也加快； Ø ② 用其它离子如Ba2+代替Ca2+时，在去极化时，其失活变慢 ； Ø ③Ca2+内流因细胞内注入EGTA而被螯合时，ICa失活变慢； Ø ④ 向细胞内注入Ca2+而使胞内Ca2+浓度增高时，失活变快 3. β－肾上腺素（或G蛋白）对I Ca.L的调节作用 β－肾上腺素能激动剂对心脏的变时及变力效应 是通过L－型钙通道的反应而实现的它通过β－肾 上腺素能受体激动的cAMP的产生而实现的，G蛋 白在这个过程中起重要作用 cAMP蛋白激酶促 使依赖于磷酸化而不依赖于电压的闸门g’打开，通 道处于可利用状态，在电压依赖性闸门也开着的 情况下，使通道导通 4. ICa.L的亚状态 L-型钙通道的亚状态，是在心肌细胞上发现 最早的离子通道活动亚状态在用（＋）-（s）- 202-791作用下, L-型钙通道失活大为减慢，此时 可用Cs+ K+或 Na+作为通透性离子观察通道活动 。

结果发现，在PH降低条件下，通道可在两种 水平上关闭 5 . L型钙通道的阻断剂及激动剂 对河豚毒素TTX不敏感，但可被异博定（ verapamil）、D-600（加络帕米）（一种异博定的 衍生物）和Mn2+ 、Co2+ 、La2+等所阻断双氢吡 啶类（nifedipine）等也可阻断酸中毒、缺血、 缺O2、代谢抑制剂、局麻药也可阻断ICa当PH为 6.6时，慢内向电流降低50％，而PH为6.1时，则慢 通道被完全阻断 （四）T型Ca2+通道及其电流 Ø ① 其激活阈值较低，一般在-50到-60mV; Ø ② 它的失活也快，整个动态过程与INa相似，而与ICa.L不同 其激活及失活曲线也呈Boltzmann分布; Ø ③ 它在0相去极化时起作用; Ø ④ 它没有Ca2＋依赖性，并对L-型钙通道阻断剂及β－肾上 腺素能受体激动剂不敏感； Ø ⑤ 它的单通道电导小于L-型钙通道; Ø ⑥ 对低浓度及阿米洛利（amiloride ）比较敏感 T-型钙通道与L-型钙通道有许多相似之处 ，但也有不同 四. 钾通道电流 钾通道电流是引起心肌细胞动作电位复极的 主要电流除了动作电位开始时的0相去极化外， 它在其它各相中均起重要作用。

目前已知至少有 10种钾电流根据它们的不同特性，大致可以分 为3种类型（1）延迟整流（delayed rectifier）； （2）瞬时外向电流（transient outward current） 以及（3）即时发生而无失活 （一）延迟整流钾电流（IK） 最初，这一外向电流是在狗浦氏纤维上发现的 它属于无失活的离子流类型，是心肌细胞动作电位复极 的重要电流，它的抑制就使动作电位时程延长这在抗 心律失常及心律失常的发生上有重要意义其去激活则 在窦房结的起搏中起着关键性作用 5ms 2nA 1. 缓慢延迟整流钾电流（IKs) IKs的特性即为通常所认为的IK，它在去极化 经数秒钟才达到稳态，在复极时其去激活也很慢 ，在-80mV时需数百毫秒IKs的密度在不同动物 心肌细胞上是不同的，豚鼠及狗的心室肌较多， 而在大鼠、猫及兔心室肌上则较少 2. 快速延迟整流钾电流（IKr) IKr存在于豚鼠心房肌及心室肌、兔心室肌及 纤维以及猫心室肌上。