离子通道电流资料
大鼠海马神经元钠离子通道电流的记录与分析
大鼠海马神经元钠离子通道电流的记录与分析摘要：离子通道是生物电活动的基础。
自1976年德国的E.Neher和B.Sakmannw创立了膜片钳技术以来使得研究细胞膜上单个离子通道的特性成为可能。
膜片钳技术是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜上单一的或者多个离子通道分子活动的技术。
l980年以来，由于吉欧姆阻抗的封接方法的确立，此技术被越来越多地应用于细胞研究，点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火。
在国内也掀起了一股离子通道的研究热潮。
本文主要介绍了运用膜片钳技术测量大鼠海马神经元钠离子通道电流的方法，同时对测量的数据进行了分析处理，实验结果表明：钠离子通道具有电压依赖性，钠通道的激活曲线反映了通道开启的速度非常迅速(几个毫秒)，钠通道的I-V曲线反映了通道的激活过程、阈电位大约-50mV左右、反转电位60mV、内向整流特性等。
此实验结果可以做为辐射组细胞的对照组。
关键词：海马神经元、钠离子通道、膜片钳技术、全细胞记录模式、I-V曲线引言过去的二十世纪是一个伟大的时代，人类在科学技术方面得到了巨大的发展。
人类不再仅仅局限在单一的学科内进行研究，而是将各种学科相互结合，产生了诸如生物物理学、生物化学等交叉学科，取得了巨大的成就。
生物电的研究便是其中最重要的成就之一。
科学家在很早便注意到了生物组织中存在生物电流的现象，并进行了初步研究与探索。
18世纪，电学研究逐渐兴起，Galvani首次在生物体(蛙)上发现了生物电现象。
1902年J.伯恩斯坦在他的膜学说中提出神经细胞膜对钾离子有选择通透性。
1939年A.L.霍奇金与A.F.赫胥黎用微电极插入枪乌贼巨神经纤维中，直接测量到膜内外电位差。
1949年A.L.霍奇金和B.卡茨在一系列工作基础上提出膜电位离子假说，认为细胞膜动作电位的发生是膜对纳离子通透性快速而特异性地增加,称为“钠学说”。
尤其重要的是,1952年A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎用电压钳技术在枪乌贼巨神经轴突上对细胞膜的离子电流和电导进行了细致地定量研究，结果表明Na+和K+的电流和电导是膜电位和时间的函数,并首次提出了离子通道的概念【1】。
hERG K+通道电流和药理学特性(Molecular Devices)
应用文献IonFlux system 应用之一：hERG K +通道电流和药理学特性简介HERG (human ether-a go-go-related gene) K + 通道在心脏中高表达，是心肌动作电位三期快速复极化电流(IK r )的主要组成部分(Curran ‘95; Sanguinetti ‘95)。
hERG 突变引起的功能缺失常伴随一些遗传性长QT 综合症(LQTS) 并且会增加发生严重的室性心律失常, 扭转性实行心动过速 (Tanaka ‘97; Moss ‘02)的风险。
HERG 钾离子通道被作用于心脏或非作用于心脏的药物抑制，都被证实有非常大的可能性出现获得性药物诱导的长QT 综合症(LQTS)，甚至导致猝死(V andenberg, Walker & Campbell ‘01)。
实际上，hERG 钾离子通道被抑制引起的副作用是近年来药物撤市的主要原因，因而药物作用于外源性表达于哺乳动物细胞的hERG 通道的体外效应评价已被 国际药品注册协调会议（International Conference on Harmonization ）推荐作为临床前安全性评价工作的一部分(ICHS7B Expert Working Group, ‘02)。
hERG 钾离子通道药物效应评价的金标准方法是手动膜片钳记录。
然而，这种低通量、高成本的方法在大量的安全性筛选实验中非常受限制。
近年来，全自动膜片钳技术发展越来越成熟，可以获得高通量的、可与手动膜片钳记录结果相媲美的数据。
IonFlux™ 系统结合了读板机的便捷和传统膜片钳技术的优秀性能。
本文主要利用IonFlux 系统记录了在哺乳细胞中表达的hERG 电流以及一些阳性抑制剂对hERG 阻断效应的药理学特性分析。
材料和方法 细胞实验中使用G418筛选的稳定表达hERG 通道的CHO 细胞（Millipore PrecisION™ hERG-CHO Recombinant Cell Line, Cat# CYL3038）。
氯通道电流
用下，只改变舒张期去极化速率，而不改变动作电位形状。 在ISO作用下，If的激活曲线向右移，其结果是使If激活加 速。ACh的作用则相反，它使曲线左移，即使If的激活变慢。 无论β-肾上腺能或是毒蕈碱刺激，都是通过cAMP而起作用 的，前者增加，而后者降低细胞内cAMP。
目前认为，参与心脏起搏点作用的电流有 4 种： IK 、 If 、 ICa和背景Na+电流， 起搏机制：当前一个动作电位复极达最大超极化时，If 激活，并在几百毫秒内逐渐去极化 20-30mV ，达到激活 T 型 Ca2+通道的阈值，产生Ca2+峰电位，其后IK激活，使膜复极化，
并在几百毫秒内渐渐失活，单独IK 失活不能导致膜再次去极
三. 动作电位2相的离子流
心室肌细胞的 2 相形成动作电位
的平台期，主要是内向的ICa.L随时间
减弱与外向 IK随时间增强相互作用的 结果。由于大部分的 ICa.L阻断剂同时 也促进IK，所以使平台的缩短更为显 著。以抑制IK为目的的药物，Ⅲ类抗
心律失常药，则使动作电位明显延长。
鼠类心肌细胞IK在2相活动相对较弱, 而其它哺乳动物的IK则是该相复极的 主要因素。
三. 动作电位2相的离子流
内向电流： ICa.L 为主要的去极化电流
INa 为慢失活的内向电流 INa-Ca表现为内向电流而使动作电位延长 外向电流: Ik1 是在动作电位的2相中,保持持续活动的外向电流 Ipump是保持持续活动的外向电流 Ik 随时间而逐渐加强.它的增强或减弱对平台的长短有重要 意义.
一.蒲氏细胞动作电位及离子流
在狗、猪以及羊等大型哺乳
动物心脏中，蒲氏纤维动作电位
第四章 离子通道电流
一、离子通道电流分类
一、离子通道电流分类
（一）携带内向电流的通道
1. 钠通道电流：心脏已发现两种，一是存在于心房肌、 心 钠通道电流：心脏已发现两种，一是存在于心房肌、 室肌细胞和希浦系统的电压依赖性钠通道； 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(I 窦房结和房室结中的非电压依赖性通道 Na-B),它所携带的背景 它所携带的背景 内向电流具有起搏作用。 内向电流具有起搏作用。 2. 钙通道电流： 主要有两种，一是 Ca-L ；另外一种是 Ca-T 。 钙通道电流： 主要有两种，一是I 另外一种是I 3. 其它内向电流：If 是由 +携带的内向电流，属于起搏电 其它内向电流： 是由Na 携带的内向电流， 流之一。 流之一。
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。 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 为 去极化钳制电位， 为钠通道的平衡电位。 去极化钳制电位，ENa为钠通道的平衡电位。
豚鼠心房肌细胞记录的L型与T 豚鼠心房肌细胞记录的L型与T型钙电流
（一）钙通道的激活与失活
与快钠通道相似， 慢钙通道也有激活过程， 与快钠通道相似 ， 慢钙通道也有激活过程 ， 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 电位时， 线呈 型，大约在 电位时 激活曲线达最大值。 道的激活、失活以及再复活所需时间均比Na 通道要长， 道的激活、失活以及再复活所需时间均比 +通道要长，经 Ca2+通道跨膜的 2+内向电流，起始慢，平均持续时间也长， 通道跨膜的Ca 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。 因而称为慢通道和慢内向电流。 慢通道和慢内向电流
离子通道电流资料
一、离子通道电流分类
（一）携带内向电流的通道
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。
2. 钙通道电流： 主要有两种，一是ICa-L ；另外一种是ICa-T 。
（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&43;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。
⑤ 它的单通道电导小于L-型钙通道;
⑥ 对低浓度及阿米洛利（amiloride ）比较敏感。
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）；
（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
④ 向细胞内注入 Ca2+而使胞内Ca2+浓度增高时，失活变快。
离子通道概论
外周血管扩张
＋＋ ＋＋＋
＋
（注：＋～＋＋＋为作用的强弱，－为无作用）
钙通道阻滞药药理作用
2．对平滑肌的作用 （2）其他平滑肌： 钙通道阻滞药对支气管平滑肌的松弛作用较为明显， 较大剂量也能松弛胃肠道、输尿管及子宫平滑肌
钙通道阻滞药的药理作用
3．抗动脉粥样硬化作用 减轻动脉壁损害、抑制平滑肌增殖、抑制脂质 沉积和过氧化
离子通道生理功能
1. 决定细胞的兴奋性、不应性和传导性 2. 介导兴奋-收缩耦联和兴奋-分泌耦联 3. 调节血管平滑肌的舒缩活动 4. 参与细胞跨膜信号转导过程 5. 维持细胞正常形态和功能完整性
作用于离子通道药物
一、作用于钠通道的药物 主要是钠通道阻滞药
临床常用的有局部麻醉药，抗癫痫药和 I 类抗 心律失常药
低（SK）电导钙依赖性钾通道 （3）内向整流钾通道：内向整流钾通道Kir，ATP
敏感的钾通道KATP，乙酰胆碱激活钾通道KACh
氯通道（chloride channels）
兴奋性和非兴奋性细胞膜上 在兴奋性细胞，稳定膜电位和抑制动作电位产生 在肥大细胞等非兴奋性细胞，维持其负的膜电位， 为膜外Ca2+进入胞内提供驱动力 调节细胞体积、维持细胞的内环境稳定
离子通道概论及 钙通道阻滞药
蔡国君 第二军医大学
离子通道概论
离子通道（ion channels）
细胞膜中的跨膜蛋白质分子， 在脂质双分子层膜上构成具有 高度选择性的亲水性孔道，对 某些离子能选择通透，其功和 Marmont设计了电压钳技术 1955年Hodgkin和Keens提出了“通道”的概念 1976年Neher和Sakmann建立了膜片钳技术 1963年、1991年相关研究两获诺贝尔奖
离子通道分类
Na+通道：电压门控离子通道内流
Ca2+通道：内流
1N、T、P、Q、R6型，[Ca2+]o→[Ca2+]i
2、受体调控性钙通道：
①Ryanodine受体（RyRs）钙释放通道：RY1、RY2、RY3
②IP3受体（IP3Rs）通道：IP3R1、IP3R2、IP3R3
K+通道：
1、电压依赖性钾通道
①外向延迟整流钾通道（I K）：复极化外流
快速激活整流钾电流I Kr
缓慢激活整流钾电流I Ks
超快速延迟整流钾电流I Kur（心房肌）
②瞬间外向钾通道（I to）：1期复极化外流
4-AP敏感钾电流I to1
Ca2+敏感钾电流I to2
③起搏电流（If）：超极化激活的时间依赖性内向整流电流
2、Ca2+依赖性钾通道：K Ca电流：I KCa
3、内向整流钾通道：
内向整流钾通道：K IR（Kir2.1）电流：I K1
ATP敏感钾通道：K ATP（Kir6.2）电流：I K（A TP）
Ach激活钾通道：K ACh（Kir3.X）电流：I K（ACh）
Cl—通道：
1、电压敏感氯通道：
1-型通道ClC-1：骨骼肌
2-型通道ClC-2
3-型通道ClC-3：肾脏
2、囊性纤维跨膜电导调节体：CFTR cAMP调节氯通道：I Cl（cAMP）
3、γ-氨基丁酸（GABA）受体氯通道：配体门控Cl—通道Cl—内流（超极化）。
第二节-离子通道
Ⅰ类抗心律失常药对钠通道旳阻断作用依赖于心率，即当心率 快时阻断作用强，而心率慢时作用不明显或看不出其阻断作用， 称之为频率依赖性。药物与通道间旳相互作用及其频率依鞍性 阻断与药物对钠通道作用旳状态依赖性有关。处于开放或失活 关闭状态旳通道对药物亲和力高，而在静息关闭时通道不与药 物结合，或药物只在通道开放时才干进入到其结合位点。所以 高频率电脉冲(如快心率)时通道更多处于开放状态而易被药物 阻断；被阻断旳通道在静息时复活减慢，更长时间地处于失活 关闭状态，更使药物作用加强。所以，药物对钠通道旳阻断作 用取决于通道进入开放(使用)状态旳频率，故又称为开放状态 阻断或使用依赖性阻断。不但钠通道阻断剂，钙通道阻断剂如 维拉帕米等也具有这一特征。
都存在此类通道。
另外，还有非门控通道，经常开放，主要与静息电位有关。
在整个动作电位时程中，离子通道至少经历三种不同状态旳 循环转换，即静息关闭状态(closed resting state)、开放状态 (open state)，失活关闭状态(closed inactive state)。处于 静息关闭状态旳通道遇到合适旳刺激时即可进入开放状态，即 激活过程(activation)。有旳通道在开放后将伴随时间逐渐进 入失活关闭状态，即失活过程(inactivation)。失活关闭状态 旳通道不能直接进入开放状态而处于一种不应期。只有使通道 从失活关闭状态进入到静息关闭状态后，通道才干再度接至外 界刺激而激活开放，这一过程称为复活(reactivation)。
氯通道电流(医学PPT课件)
2. If的单通道电流
If的单通道电流极小，其幅度<100 fA(1fA=10-3A)。 由于正于-60mV时电流幅度太小，而无法记出。从单通 道电流的曲线可以计算出单通道电导约为1pS。
3. If的调制
小剂量ISO（0.1μmol/L）或ACh（ 0.03μmol/L ）作 用下，只改变舒张期去极化速率，而不改变动作电位形状。 在ISO作用下，If的激活曲线向右移，其结果是使If激活加 速。ACh的作用则相反，它使曲线左移，即使If的激活变慢。 无论β-肾上腺能或是毒蕈碱刺激，都是通过cAMP而起作用 的，前者增加，而后者降低细胞内cAMP。
ryanodine消除细胞内Ca2+的释放也可得到相似的结果。INa-Ca
既依赖于细胞外Na+浓度与胞内Ca2+浓度，同时又是电压依赖 性的。负于钠-钙交换的平衡电位（ENa-Ca）的电位时INa-Ca表现 为内向电流，即Ca2+外流同时Na+内流。而当正于ENa-Ca时，为外 向电流。在正常生理条件下，动作电位平台期以后主要为内向 电流，以排Ca2+为主。若在异常条件下，细胞内Na+浓度增高时， 有可能产生Ca2+内流，这在病理条件下是有重要意义的。
目前认为，参与心脏起搏点作用的电流有4种：IK、If 、 ICa和背景Na+电流，
起搏机制：当前一个动作电位复极达最大超极化时，If 激 活 ， 并 在 几 百 毫 秒 内 逐 渐 去 极 化 20-30mV ， 达 到 激 活 T 型 Ca2+通道的阈值，产生Ca2+峰电位，其后IK激活，使膜复极化， 并在几百毫秒内渐渐失活，单独IK失活不能导致膜再次去极 化，而需其它离子流参与，如背景Na+电流和If。
离子通道学概论
-促进K+外流，细胞膜
Ca2+ 超极化，降压、平滑 肌舒张。
#43; +++
M-R Ach敏-感- -
钾通道
Ach与M受体结合-激活 Ach敏感钾通道-K+外流动作电位复极加快、细胞 膜超极化-自律性下降。
腺苷：作用于腺苷受体， 激活Ach敏感钾通道。
四、心肌离子通道基因突变
+--+-
Patch clamp recording
Suction
Glass microelectrode
1 µm Cytoplasm
"Giga-seal"
Ion channels
Cell membrane
1976 膜片钳技术(patch clamp) 记录单个通道及细胞的电活动。
The Nobel Prize in biology
主要抑制Ikr钾电流，延长
心肌细胞动作电位时程，降低
K+ K+
自律性，延长有效不应期。
B
离子通道功能-起搏电流(If)
A
B
–35 mV
–85 mV
If受细胞内cAMP调节， cAMP增高，则If电流增大。 Ach, Iso
From Difrancesco: Cardiovasc Res 1995;29:449-456
离子通道药理学概论
离子通道药理学
Patch-clamp技术 单细胞电流记录
分子生物学技术 基因克隆及蛋白表达
Na+,Ca2+,K+,Cl-等电流 通道蛋白功能测定
离子通道的结构与功能 药物作用机制 新药开发
Patch-clamp(膜片钳)技术
《离子通道电流》课件
计算机模拟方法
分子动力学模拟
利用计算机模拟离子通道蛋白分子的动力学行为，了解其结构和 功能的关系。
蒙特卡罗模拟
通过随机抽样方法模拟离子通道的开放和关闭过程，预测其电学和 动力学特性。
神经网络和机器学习
利用人工智能技术对大量实验数据进行处理和分析，提取离子通道 电流的特征和规律。
06
离子通道电流的应用 前景
详细描述
离子通道的开放和关闭状态转换具有不同的时间常数，这决定了电流随时间变化的特性。了解时间依 赖性有助于分析离子通道在生物电信号中的动态作用，并有助于药物设计和相关疾病的诊断。
04
离子通道电流在生物 学中的作用
神经信号传递
神经元兴奋
离子通道电流是神经元兴奋的基础， 通过钠离子和钾离子的流入和流出， 产生动作电位，实现神经信号的传递 。
突触传递
在突触处，离子通道电流控制神经递 质的释放，从而影响突触后细胞的兴 奋性。
肌肉收缩
肌肉兴奋-收缩耦联
肌肉细胞中的离子通道电流控制钙离子 的释放，触发肌肉细胞的收缩。
VS
肌肉类型转换
不同类型的肌肉细胞通过不同的离子通道 电流实现收缩，从而适应不同的运动需求 。
激素分泌
激素释放
一些激素的分泌受到离子通道电流的调节，如胃泌素和血管紧张素。
跨膜电流记录
在细胞膜上直接记录离子 通道产生的跨膜电流，从 而了解通道的开放和关闭 状态。
分子生物学方法
基因克隆和表达
通过克隆和表达离子通道蛋白基因，研究其在细胞内 的功能和作用机制。
抗体技术
利用特异性抗体研究离子通道的分布、数量和功能状 态。
蛋白质相互作用研究
通过研究离子通道与其他蛋白质之间的相互作用，揭 示其在信号转导和细胞功能中的作用。
离子通道概述
离子通道概述离子通道是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元。
它们产生和传导电信号，具有重要的生理功能。
由于生物物理学和分子生物学的迅速发展，新的研究技术包括膜片钳技术、分子克隆及基因突变技术等的广泛应用，人们开始从分子水平来解释离子通道的孔道特性、动力学过程结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。
第一节离子通道的分类离子通道必须能够开放和关闭才能实现其产生和传导电信号的生理功能。
至尽为止离子通道还没有一个系统的分类法。
1、按激活机制划分：①.电压门控性通道(V oltage-gated channel)或电压敏感性通道、电压依赖性通道、电压操作性通道。
其开、关一方面由膜电位（电压依赖性）所决定，另一方面与电位变化的时间有关（时间依赖性）。
这类通道在维持兴奋细胞的动作电位方面起重要作用。
如Na、K、Ca、Cl 通道等。
②.化学门控性通道或递质敏感性通道(Transmitter-sensitive channels)、递质依赖性通道、配体门控性通道(Ligand-gated channel)其开、关取决于与该通道相耦联的受体的状态，直接受该受体的配体的调控。
如Ach激活的K+通道，突触后膜的受体离子通道，谷氨酸受体、甘氨酸受体、Υ-氨基丁酸受体等。
③.感觉受体通道(Sensory-receptor channels)分布于精细的膜结构上或神经末梢上。
许多感觉末梢很小，故任何对代谢或细胞外介质产生的微小干扰都会很快导致膜内物质浓度的变化。
这类通道无特异阻断剂，对离子选择性很差，阳离子或阴离子均可通过。
感觉受体有两类：一类是受刺激后受体本身作为通道直接开或关。
另一类则要经过第二信使，才能使通道开或关。
某些神经递质可以影响电压门控性通道，而某些化学门控性通道也受膜电位的影响，形成离子通道的“双闸门机制”。
2、按门控的特点来划分①三门控性通道、②双门控性通道(I Na、I to、I si)、③单门控性通道(I k、I f)、④无门控性通道(I k1、I b)。
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一、离子通道电流分类
（一）携带内向电流的通道
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。
2. 钙通道电流： 主要有两种，一是ICa-L ；另外一种是ICa-T 。
Vs(mV)
-70
-60
-50
（3）钠通道失活后的恢复
-50mV
Vh= -90mV
2nA
20ms
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]
（三） 其它电流
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； 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。
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。
Vm(mV)
（2） 失，在 不同静息电位水平进行刺激，以测
A
-50mV Vh=-90mV
条件脉冲
测试脉冲
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
2nA 10ms
分数来表示，并以之为纵坐标，相
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
（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
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
IK1 ：内向整流钾电流 IK ：延迟整流钾电流(IKur, IKr, IKs) Ito ：瞬时外向钾电流 IKAch ：乙酰胆碱敏感钾电流 IKATP ：ATP敏感钾电流 IKCa：钙激活钾通道电流
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]}。
B
INa / INa(max)
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -90 -80
Data: Inactivation of Na+ channel Model: Boltzmann A1τ =8.26ms 1 A2 0 V1 / 2 = -73.59468 k = 3.67932
（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
5. 钠通道的电流特点
（1）特点
① 膜去极化达阈电位（约－70mV）时此电流出现；
② 膜去极化达Na+平衡电位时消失（约＋30mV）；
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； 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。
电压钳制所得的结果一致。
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。
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -80 -70 -60 -50
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 1 河豚毒(Tetrodotoxin, TTX) 河蚌毒素(Saxitoxin, STX) 食鱼螺毒素(ω-Concotoxin) 效应 抑制离子电导
2
藜芦定(Veratridine) 蟾毒素(Batrachotoxin, BTX) 乌头碱(Aconitine) 木藜芦毒素(Grayanotoxin, GTX)
α-蝎毒素(α-Scorpin toxins) Sea anemone toxins
持续激活
3
抑制失活，促进持续激活
4
5
β-蝎毒素(β-Scorpin toxins)
短裸甲藻毒素（Brevetoxins) 西加血毒素（Ciguatoxins）