第四章 离子通道电流

第四章离子通道电流第四章离子通道电流第四章离子通道电流一、离子通道电流分类第四章离子通道电流一、离子通道电流分类第四章离子通道电流（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。

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。第四章离子通道电流（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：钙激活钾通道电流第四章离子通道电流（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；

INa/Kpump(Ipump)：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。第四章离子通道电流二、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。第四章离子通道电流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）第四章离子通道电流2.钠通道电流的单通道记录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。第四章离子通道电流Vm(mV)g/gmax3.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。第四章离子通道电流（2）失活曲线

失活曲线，又称膜反应曲线，代表膜在不同电位水平时对刺激发生反应的能力。意义：通道开放需要在一定的静息电位水平。

第四章离子通道电流（2）失活曲线

失活曲线的测定，可用电压钳获得。也可通过改变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]}。

第四章离子通道电流2nA20ms-50mVVh=-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]

第四章离子通道电流（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闸门第四章离子通道电流

Na+通道的H—H工作模型第四章离子通道电流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（fulldepolaringstep）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。第四章离子通道电流（2）心肌细胞钠电流的类型

快钠通道：激活需要的电压高，失活速度快，引起动作电位0期去极化，只对高浓度的TTX、利多卡因、奎尼丁等药物敏感。

慢钠通道：激活需要的电压低，失活速度慢，参与维持动作电位2期平台，对低浓度的TTX、利多卡因、奎尼丁等药物敏感。第四章离子通道电流（3）钠电流的亚状态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。第四章离子通道电流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)食鱼螺毒素(ω-Concotoxin)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)持续激活3α-蝎毒素(α-Scorpintoxins)Seaanemonetoxins抑制失活，促进持续激活4β-蝎毒素(β-Scorpintoxins)改变激活的电压依赖性5短裸甲藻毒素（Brevetoxins)西加血毒素（Ciguatoxins）反复发放，改变激活的电压依赖性第四章离子通道电流

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。第四章离子通道电流豚鼠心室肌细胞ICa

三钙通道电流豚鼠心室肌细胞ICa第四章离子通道电流（1）它触发胞内钙储藏释放，从而促进兴奋－收缩偶联；（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；（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；（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。第四章离子通道电流

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ICa的I-V曲线第四章离子通道电流

豚鼠心房肌细胞记录的L型与T型钙电流第四章离子通道电流（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，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。第四章离子通道电流（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，也有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。第四章离子通道电流（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。第四章离子通道电流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。第四章离子通道电流

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。

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；②用其它离子如Ba2+代替Ca2+时，在去极化时，其失活变慢；③Ca2+内流因细胞内注入EGTA而被螯合时，ICa失活变慢；④向细胞内注入Ca2+而使胞内Ca2+浓度增高时，失活变快。第四章离子通道电流3.β－肾上腺素（或G蛋白）对ICa.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。第四章离子通道电流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。第四章离子通道电流5.L型钙通道的阻断剂及激动剂

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。第四章离子通道电流（四）T型Ca2+通道及其电流

①其激活阈值较低，一般在-50到-60mV;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;

③它在0相去极化时起作用;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；

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。

T-型钙通道与L-型钙通道有许多相似之处，但也有不同。第四章离子通道电流四.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（delayedrectifier）；（2）瞬时外向电流（transientoutwardcurrent）以及（3）即时发生而无失活。第四章离子通道电流（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。5ms2nA第四章离子通道电流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。第四章离子通道电流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。在豚鼠心房肌上，IKr与IKs同时存在，当IKs充分激活时，其幅度远大于IKr，IKr的激活电位比IKs为低，而且激活时程远快于IKs。豚鼠的IKr有明显的内向整流性质，而人与大鼠心肌细胞的IKr的内向整流性质较弱。第四章离子通道电流3.超快速延迟整流钾电流（IKur)

在人心房肌上，发现另一种不同于IKr及IKs的延迟整流电流。其激活更快（激活时间常数在25℃时为2~18ms）。它在-30mV时激活，几乎不失活。它的活动呈电压依赖性，具有外向整流性质。它对TEA、Ba2+、atropine均不敏感，而对4-AP高度敏感。第四章离子通道电流

组成IK的三种电流及各相关基因表达的电流第四章离子通道电流4.影响IK的各种因素

β-受体激动剂能明显增强IK的幅度并使其激活曲线向复极的方向偏移，即更易于被激活。因此β-受体激动剂可使动作电位缩短。细胞内Ca2＋浓度的增高及蛋白激酶C均能增强IK。IK的阻断剂是临床上重要的抗心律失常药。业已证明以下物质是IK的选择性阻断剂：dofetilide,E-4031,UK-68798,UK-66914,Way123,398,sematilide,d-sotalol,CK3579及clofilium。至于IKS的阻断剂，则不如IKr那样具有特异性，如：tedisamil、quinidine、amiodarone及clofilium。第四章离子通道电流（二）瞬时外向钾电流

它是具有失活特性的外向钾电流。包含两种成分：ILo及IBo或Ito1及Ito2。它们的发生机制有所不同，前者是4-AP敏感的（SH族），而后者是Ca2+依赖性的（SLO族）。但在分子结构上，均由4个含有6个α螺旋的亚单位组成。第四章离子通道电流

由于Ito2情况比较复杂，目前研究较少，一般Ito2均指Ito1。Ito在去极化条件下激活，是属于有失活过程的钾通道，其稳态激活与失活曲线的测定方法基本相同，只是Ito是外向电流。它对动作电位的1相复极起重要作用，4-AP是Ito的选择性阻断剂。第四章离子通道电流（三）心肌细胞内向整流钾电流（IK1）

IK1的分子结构与Sh族不同，在负于反转电位时的内向部分与电压呈线性关系，而正于反转电位时不呈线性关系，而呈整流现象。如果钳制电压很负时如-120mV以上，IK1则仍然有激活现象而呈时间依赖性。细胞内Mg2+能抑制细胞内K+外流，若降低细胞内Mg2+，则可消除IK1的内向整流而呈线性相关。第四章离子通道电流

IK1常用的阻断剂中，无机离子为Cs+与Ba2+，但不是选择性的阻断剂。在有机物阻断剂中RP58866及RP62719为3μmol/L时是IK1选择性的阻断剂。常用IK1的阻断剂还有TEA，它也不是选择性的，它也能抑制IK。第四章离子通道电流

人心室肌细胞的IK1A.对照实验B.BaCl2阻断第四章离子通道电流(四)乙酰胆碱敏感的钾通道电流（IKAch）

IKAch只存在于窦房结心房肌及房室结细胞上。它是配体-依赖性通道电流，其活动与细胞膜上的M-Ach受体及细