细胞生理

细胞生理

1. 离子通道的概念及其功能

离子通道（ion channels of biomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。

类型和功能特征：离子通道依据其活化的方式不同，可分两类：一类是电压活化的通道，即通道的开放受膜电位的控制,如Na+、Ca+、Cl-和一些类型的K+通道；另一类是化学物活化的通道，即靠化学物与膜上受体相互作用而活化的通道，如 Ach受体通道、氨基酸受体通道、Ca+活化的K+通道等。

钠通道

各种生物材料中,与电兴奋相关的Na+通道有相似的基本特征。通道活化时间常数小于1毫秒,失活时间常数为数毫秒，Na+电流的反转电位约+55毫伏。单通道电流记录显示，Na+单通道电导为4～20pS，平均开放寿命数毫秒。

根据一些药物和毒素对Na+通道功能的不同影响,可分为4种类型：①通道阻断剂，如河豚毒素(TTX)、石房蛤毒素(STX)。②通道活化增强剂，如β-蝎毒、箭毒蛙毒素(BTX)、藜芦碱毒素(VER)等。③通道活化抑制剂，如一些局部麻醉剂及其衍生物。④通道失活抑制剂，如链霉蛋白酶、N-溴乙酰胺(NBA)等。

钾通道

根据功能特性的不同，K+通道可分为以下类型：①慢（延迟）K+通道(K通道)，也就是H-H模型中的K+通道。单通道电流记录显示，单个K通道电导在2～20pS，通道平均开放寿命为数十毫秒。该种通道可被四乙胺(TEA)等特异性阻断,通道对K+有高度选择性，但R姾和NH嬃亦能通过,这种通道在神经轴突和骨骼肌细胞膜中有较高密度。②快（早期）K+通道（A通道）,该种通道外向的K+流在膜去极化的早期就出现，表明通道的活化时间常数比慢K+通道小得多,但在

-40毫伏以上该通道即关闭。电压钳位实验表明,其宏观电流动力学与Na+电流相似。较低浓度的4-氨基吡啶即能阻断该通道，它也可被四乙胺阻断。③Ca2+活化的K+通道〔K(Ca)通道〕，该种通道的开放，不但与膜电位有关，而且依赖于细胞内Ca2+的浓度，每个通道需结合两个Ca2+才能活化。单通道电导可高达300pS,并有较长的开放寿命,这种通道与Ca2+通道协同作用，对调节细胞膜电兴奋性的节律有重要意义。它可被四乙胺、N'-四乙酸(EGTA)、奎尼丁和Ba2+阻断。

④内向整流的K+通道，其特征是：在膜超极化时通道开放与膜电位和胞外K+浓度密切相关，通道开放时产生内向K+电流，单通道电导在5～10pS范围。

钙通道

Ca2+通道广泛存在于各种生物组织的细胞膜中。宏观的Ca2+电流动力学特征与Na2+电流相似，但峰值小且失活过程慢，可达数十到数百毫秒。Ca2+通道对Ca2+、Ba2+、Sr2+都有高通透性,但Ni2+、Cd2+、Co2+、Mn2+等离子能有效地阻断Ca2+通道。药物对Ca2+通道的作用可分为：①通道阻断或抑制剂，可分为苯烷基胺类（如异博定、甲基异博定D600）、苯硫氮?类、双氢吡啶类等类型。

②通道激活剂，一些双氢吡啶化合物如BayK8644等药物可活化Ca2+通道。近年,对小鸡背根神经节细胞的研究发现有3种类型的Ca2+通道:①L型,该种通道在膜电位大于-20毫伏时活化,电流失活缓慢。单通道电导约25pS。②T型，膜电位约-60毫伏时通道即活化，-10毫伏以上通道电流幅值反而下降，单通道电导约8pS。③N型，该种通道在膜电位不小于-10毫伏才能活化，但又必须超极化到-80毫伏以下才能克服通道的失活。电流动力学比 L型快但比T型慢,单通道电导约13pS。以上3类Ca2+通道在不同细胞膜上选择性分布及密度的差别，将影响各种细胞的生理功能。Ca2+通道除了对细胞电兴奋性有贡献外,它通过调节细胞内Ca2+浓度，可进一步调节许多细胞功能。

N型乙酰胆碱受体通道

它是由神经递质Ach活化的正离子通道。当突触前膜一次量子化释放数千个Ach分子，它们作用于突触后膜上的N型受体时,受体通道开放，产生Na+和K+电流，引发突触后膜一个小终板电位(mEPP)。N-AchR单通道电导在20～60pS范围，平均开放寿命数毫秒，通道电流反转电位约-10毫伏,近年发现该种通道有多种电导态（见图）。通道的离子选择性较差，可允许数十种无机和有机正离子通过，许多毒素和有机物能阻断或抑制该种通道，α-银环蛇毒(α-BGTX)是 N 型Ach受体通道的特异性阻断剂。

80年代以来，已发现多种由神经递质和激素活化的受体通道，如谷氨酸受体通道、多巴胺受体通道、5-羟色胺受体通道、γ-氨基丁酸受体通道等。

2. 神经和骨骼肌细胞动作电位的产生机制和实验验证。

神经和骨骼肌细胞动作电位产生机制：

1．刺激引起膜产生去极化必须达到雨点为水平是产生电位的前提。电刺激致负极产生出膜电流——RP减小发生去极化——去极化达到阈电位。2．钠通道开放，钠离子大量内流是产生动作电位的本质。膜上Na＋通道大量激活——Na＋通道开放，膜对Na＋的通透性迅速增大——Na＋顺浓度差和电位差进入膜内——形成AP上升相（去极相）3．钾通道开放，钾离子外流是形成动作电位复极相的根本原因。Na＋通道失活——膜内外电位差达到Na＋平衡电位——K＋通道逐渐开放——膜对K＋的通透性增大——K＋顺浓度差和电位差由膜内向膜外扩散——形成AP的下降相（复极相）——膜电位逐渐恢复到兴奋前水平。4．钠钾泵活动引起Na＋-K＋交换式产生后电位及细胞恢复正常的基础。膜对K＋的通透性恢复

正常，Na＋通道的失活状态解除恢复到备用状态，膜内外离子的重新调整过程——形成负后电位和正后电位——膜电位恢复正常。

3. Na通道阻断剂的功能

抑制Na内流，作用：（1）提高膜兴奋的阈值（2）延长不应期

Ia类：与心肌细胞上钠通道蛋白结合，使钠通道狭窄或关闭，阻止钠内流，减慢传导速度，延长有效不应期。如：奎尼丁

Ib类：轻度阻滞钠通道，提高心室的颤动阈值。如：利多卡因

Ic类：减慢传导。如：普罗帕酮

4. 晚钠电流的生理、病理意义

① 由于失活缓慢而参与维持动作电位平台期。有人估算其作为内向电流在室温下对平台期的贡献约为10%, 在内向和外向电流的精确平衡中起重要作用，在不同的刺激频率下它的阻断都明显缩短心室肌APD；

② 动作电位期间内流的钠增多，通过反向NCX能增加Ca2+的流入（类似洋地黄），使心肌细胞收缩加强，有代偿意义；

③ 晚钠电流过度增强易引发钙超载和心律失常：可增加EAD、DAD的发生，以及T 波电交替的出现，这将增加心律失常的发生。目前发现，胺碘酮、利多卡因、雷诺嗪等药物有抑制晚钠电流增强的作用，成为其治疗心律失常的机制之一。

5. If 通道的分布及特性

If 通道特性：（1）以钠离子为主，也有钾离子。（2）复极化/超极化激活的内向电流，-40～-60mV激活，-90～-100mV最大激活。

（3）受cAMP、cGMP调控，使其激活曲线向正电压方向移位，开放更快，更完全。（4）激活缓慢，且随时间进行性增强（5）可被 2mM Cs＋阻断，而不被TTX

阻断。

If 通道分布：窦房结细胞、浦肯野纤维

6. 钙通道的生理功能有哪些？

静息时细胞内Ca2+浓度0.1μM, 钙通道开放, 细胞内钙浓度升高, 触发一系列生理反应。

① 平滑肌、部分心肌细胞和部分神经细胞AP的形成