分子药理-离子通道
第一节、离子通道药理概述
离子通道是神经元、肌肉细胞等可兴奋组织上的特殊结构的大分子蛋白质，它在脂质
膜上构成具有高度选择性的孔道，一定的条件下，允许一种或几种离子透过。离子沿
着电化学梯度流过通道，形成离子电流，使可兴奋膜产生特殊的电位变化，形成神经
和肌肉电活动的基础。
根据跨膜电位或受神经递质通过受体激活调控离子通道的开启，可将离子通道分为二类： (1) 电压依赖性离子通道 (2) 受体调控性离子通道
电压依赖性离子通道广泛分布于各类可兴奋膜上，主要功能是产生动作电位。
受体调控性离子通道多局限于神经突触后膜和神经肌肉接头的运动终板，参与神经突
触后电位或终板电位的形成。
但上述的区分并非是绝对的，神经递质可调控某些电压依赖性离子通道的活动，而受
体调控性离子通道也有受膜电位影响的现象。
研究已证实许多药物可作用于离子通道，影响可兴奋膜上电冲动的产生和传播，进而
影响机体的生理和病理，这就为寻找和设计影响离子通道新药奠定了理论基础。
研究离子通道药理需要一些先进的研究技术和仪器，以下介绍几种常用的研究离子通
道的电生理技术。
1、电压钳（Voltage Clamp）技术
我们知道，当组织细胞兴奋时，流过膜的电流通常包含电容电流和离子电流两部分，
前者是膜电容充电或放电的位移电流，后者是流过通道的离子电流，它反映了膜的通
透性变化。电压钳制的目的是将离子电流和电容电流分开，从而进一步分析离子电流
随时间和膜电位变化的规律。
电压钳的具体工作原理大体是通过负反馈放大器迫使膜电位随控制电压的变化而变化，为此向膜内注射电流以抵消膜电流，确保膜电位稳定在控制电压水平。在电压钳制时，电容电流在膜电容充电至控制电压后，此时电容电流消失，此后的膜电流即离子电流。这种方法的灵敏度可达在0.5ms内测量106个离子流动的水平。
2、闸门电流（gating current Ig）是指在外部电场作用下，电压依赖性通道口或其附近
的带电闸门颗粒移动所产生的非对称电流，这些闸门颗粒决定通道的开闭。目前，电
压依赖性钠通道、钾通道、钙通道开放有联系的Ig可测量，并发现某些药物能改变Ig，说明其对闸门机制有影响。
3、起伏分析又称噪声分析主要是分析通道随机开放时产生的膜电流噪声，从统计结
构中计算出单通道参数：单通道电导值γ和平均开放时间τ，以及平均开放频离n。此
项分析技术主要用于离子通道的动力学研究，但定量分析不够准确。
4、斑片钳（Patch Clamp）技术斑片钳是记录离子通道开放瞬间的电流脉冲，直接测
量单通道参数，这种方法对电压依赖性离子通道和受体调控性通道都适用，是目前先
进的电生理测定离子通道的技术，它不仅可在完整细胞时记录，还可内面向外，或外
面向外的游离斑片膜进行记录，此时能任意改变内外溶液的成分来分析药物作用机制。
目前，对膜通透性变化的分子基础和物质结构的研究已取得重大突破。离子通道的研
究也已不再单纯依赖电生理学方法，药物和通道蛋白结合的研究正成为重要的研究手
段。应用神经毒素作分子探针，不仅确定了钠通道在各类可兴奋膜上的密度和分布，
还推动了钠通道的蛋白分离和纯化工作。生物化学，分子生物学和遗传学技术在研究
通道通透性本质方面是非常重要的。
第二节、钠通道药理
电压依赖性钠通道，主要生理功能是产生可扩布的动作电位，不同组织的钠通道的特
性基本相似。采用重组DNA技术克隆电鳗电器官的钠通道蛋白质的cDNA，从而推导
出此蛋白质共含的1820个氨基酸残基，其中共有4个重复序列区，两个亚区带负电荷，一个亚区带正电荷，另一个为中性。钠通道在细胞膜上的分布较低，即使是枪乌鱼轴
突膜每um2也仅有553个，占膜面积的1/100以下，在不同的组织细胞钠通道的数量
是不一致的。
电压钳实验揭示钠通道有三个重要特性：①离子选择性；②电压依赖性激活；③电压
依赖性失活。钠通道对Na+,K+通透性之比为12：1（枪乌鱼轴突膜）。从离子选择性
的钠通道阻滞剂河豚毒素的化学结构，推测钠通道两端稍宽，中部狭窄，最窄部位
（3A。×5A。）构成离子选择性滤孔。
闸门学说---此学说是在电生理研究基础上建立的钠通道模型，假设通道有m闸门和h
闸门分别控制通道的激活和失活。它们对膜电位均极其敏感。只有它们全部开放时，
Na+才能透过通道。在静息状态时m闸门关闭，h闸门开放；Na+不能通过通道；去极
化时先开放m闸门，让Na+内流（激活），然后关闭h闸门，终止Na+内流（失活）；接着是恢复期，m闸门关闭，h闸门重新开放，此后钠通道始能对再次去极化作出反应。
药理学研究支持上述闸门的存在，枪乌鱼轴突内部灌流链霉素（pronase）选择性地毁
坏h闸门，使钠通道不失活，而m闸门不受影响，此时内部再灌流精氨酸或多聚甘酰
精氨酸可模拟钠通道失活，灌流其他8种氨基酸无效。上述实验证明控制失活的h闸
门位于钠通道内侧端，并提示膜内带正电的精氨酸残基是h闸门的重要成分。
作用于钠通道的药物大致分三类，如下：
1．钠通道阻滞剂
包括河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）和甲藻毒素（STX）。TTX和STX均为水溶性杂
环胍，前者存在于河豚鱼卵巢和肝脏等中，后者由膝沟藻属的甲藻产生。
在枪乌鱼轴突电压钳，选择性阻断I Na,不影响I k和Ig。STX的作用和TTX极其相似，
但作用消失去比TTX更快。结合实验发现STX和TTX竞争同一结合部位，证明这一
种毒素作用于相同的部位。由于毒素只能用于膜外侧，轴突内部灌流无效，说明TTX
和STX受体位于钠通道外侧端。
目前认为这二种毒素阻滞钠通道的机制可能是毒素分子结构巧妙地与通道锲合，毒素
带正电荷的胍基伸入钠通道的离子选择滤孔和通道内壁上的游离羧基结合，毒素主体
部分堵塞住通道外侧端，妨碍了Na+进入。
2.影响失活的药物
该类药又分（1）促进失活的药物：包括局部麻醉药，如奎尼丁类，氟卡尼，聚精氨酸等；（2）抑制失活的药物：包括α-蝎素，海葵毒素，N-甲基士的宁等。
（1局部麻醉药---常用局麻药为仲胺或叔胺，与H+结合即变成离子型胺。局麻药阻滞
神经传导的作用主要由于抑制了I Na,同时还抑制Ig，对Ig的抑制和对I Na的抑制密切
相关。局麻药，尤其是季铵型局部抑制I Na的作用具有使用依赖性或频率依赖性。在静
息状态下局麻药作用较弱，起效慢，增加电刺激频率则局麻作用增强，提示局麻药分
子在Na+通道开放时（m闸门开放）始能到达受体部位。
局麻药的作用机制很复杂，目前认为局麻药作用于膜Na+通道内侧，抑制Na+内流，阻
止动作电位的产生和传导。其证据是季铵型局麻药不能透过轴突膜，只有膜内面给药
有效，进一步研究发现，局麻药与Na+通道内侧受体结合后，引起Na+通道蛋白质构象
变化，促进Na+通道的失活状态闸门（h闸门）关闭，阻滞Na+内流，从而产生局麻作用。
2)多肽神经毒素
包括α-蝎素，海葵毒素等，它们对Na+通道的作用类似：①在电压钳实验中减慢或完
全阻滞钠通道失活；②与受体结合具有电压依赖性，去极化减少这二种多肽毒素和受
体的结合。这二种毒素的药理作用，如递质释放，致心律失常，延长动作电位等，均
因钠通道失活过程被抑产生。
结合实验发现海葵毒素和α-蝎素竞争结合部位，它们的特异性受体与TTX受体是分开的，受体可能位于电压感受器或m闸门，毒素和m闸门结合后使激活和失活过程偶联，减慢或阻滞钠通道失活。
3.影响激活的药物
此类药主要为促进通道激活的药物，包括箭毒、蛙毒素、藜芦碱、乌头碱、β-蝎素等，这几种药物的药理作用相似，其作用机制是由于可兴奋去极化，兴奋性增高所致，电
压钳实验发现这些药物能使钠通道在静息电位下持续激活。
第三节、钙通道药理
钙通道是最为常见的离子通道，其分布较Na+通道更为普遍，各类可兴奋膜上都存在
电压依赖性钙通道。钙通道在去极化时被激活，内向钙电流I Ca参与动作电位的形成，
内流的Ca2+还在神经未梢兴奋-递质释放偶联中及肌细胞兴奋-收缩偶联中起重要作用。
前已述及，细胞内Ca2+浓度受细胞膜钙通道的调节。钙通道是一种跨膜糖蛋白，有含
水孔道，其开放与关闭过程保证Ca2+得以循Ca2+电化学浓度梯度的方向进入细胞内。
钙通道的激活与失活速率均较细胞膜上Na+通道缓慢，故又名慢通道。
一、钙通道分类
细胞膜上有的钙通道之激活开放受细胞膜电位的控制，而另一些钙通道则受神经递质
通过受体激活调控其开启，故钙通道分两大类，即电压依赖性钙通道（PDC）和受体
调控性钙通道（ROC）。
1．电压依赖性钙通道（PDC）
这种钙通道的蛋白分子构象受细胞膜电压的调控。通道内的一些带电荷的蛋白质基团，通过分子构象改变发挥门控作用。PDC内存在激活门（A）和失活门（I）。当细胞膜
电位为-60~-100mv时，钙通道构象呈静息态，通道内A关闭。当细胞膜迅速去极化，
细胞膜电位达-40mv时，通道A和I均开放，通道呈开放态，细胞膜Ca2+电导（g Ca2+）增大，Ca2+内流形成慢电流（I xi）继而I门关闭，通道处于失活态。细胞膜复极后处于
失活态的钙通道经历复活过程恢复静息态。
PDC又可根据其电生理特性分为四型，即L、T、N及P型。
L型通道（又称长程通道，long-lasting）开放时间久，约10~20ms，表现为持续长时钙
内流，电导值25ps，激活电位较高（-10mv），电导量大，失活速率缓慢，失活电位-
60~-10mv，衰变时间>500ms，主要分布于心肌和血管平滑肌细胞，对二氢吡啶类钙拮
抗剂敏感；
?T型通道（transient）的开放时间短暂，引起瞬间短小Ca2+内流，激活电位-70mv，电导量小，电导值为9ps，失活迅速，失活电位-100~-60mv，衰变时间
20~50ms，其激活与心肌产生节律性起搏有关。对二氢吡啶类钙拮抗剂不敏感；
?N型通道见于神经元中，调节神经递质释放，电导值为13ps ，激活电位-10mv，失活电位-100~-40mv，衰变时间50~80ms，对二氢吡啶类钙拮抗剂不敏感；
?P型通道最初在小脑浦氏细胞中发现故名，其电导值为9~19ps，激活电位-50mv，失活极慢，t1/2约1s，它的研究有待进一步深入。
目前对钙通道的分子结构研究最多的是骨骼肌横管中的L通道。现知它由5个亚单位
组成，即α1（175KD）、α2（143KD）β(54KD), γ(30KD)，δ(27KD)，其中α1亚单位是
其结构和功能的中心，含有与钙拮抗剂相结合的受体。α1和β亚单位胞内侧有磷酸化
部位，α2、γ、δ亚单位胞外侧有糖基化部位。
2．受体调控性钙通道（ROC）
ROC在分布上与细胞膜上的受体偶联。一些特异受体激活剂如去甲肾上腺素、组胺、
5-HT与细胞膜上相应受体结合，导致ROC激活开放，胞外Ca2+向胞内流增加，进而
促使胞内贮库中Ca2+释放。现有的钙拮抗剂对ROC的阻滞作用较弱。
一、钙拮抗剂的分类
钙拮抗剂是一类在化学结构及化学特性上存在很大差别的化合物。它们除具有选择性
阻滞Ca2+经钙通道流入胞内的作用外，有的还具有一些其它药理作用。
钙拮抗剂品种繁多，为了便于临床选用，世界卫生组织（WHO）曾于1987年公布钙
拮抗剂的分类，先按药物对钙通道的选择性分为选择性钙拮抗和非选择性钙拮抗两大类，再按对心血管系统的作用，将药物分为6类。
（一）选择性钙拮抗剂
?1．烷胺类（PAA）
?以维拉帕米（异搏定）为代表，经改构得加洛帕米，异博静等。
?2．二氢吡啶类（DHP）
?以硝苯啶为代表，DHP经改构获得一系列第二代DHP类钙拮抗剂如尼卡地平，尼群地平，尼莫地平，尼索地平，非洛地平，氨氯地平等。
?3．地尔硫卓类
?以地尔硫卓（又称硫氮卓酮）为代表。
（二）非选择性钙拮抗剂
?1．氟桂嗪类，氟桂嗪，桂利嗪等。
?2．普尼拉明类，普尼拉明等。
3．其他类，哌克普林等
三、钙拮抗剂的药理作用
?（一）作用方式
?1．与钙通道受体的相互作用
?我们知道钙拮抗剂受体均位于钙通道的α1亚单位上。具不同化学结构的钙拮抗剂对钙通道受体的作用方式各异。DHP受体位于膜外侧的钙通道亲水层，苯烷
胺类及地尔硫卓类则要经通道孔进入细胞内与钙通道靠膜内侧面的受体结合，
进而引起钙通道构象变化。
?苯烷胺类及地尔硫卓类这两类钙拮抗剂只有在通道开放状态才得以发挥作用，其作用具有显著的使用依赖性特征，并影响钙通道从失活态恢复至静息态的速
率，在兴奋去极化加速时作用增强，故对房室传导系统的负性传导作用显著。
?DHP类对失活态通道有阻滞作用，其作用无明显的使用依赖性，也不影响钙通道从失活态恢复至静息态的速率，其阻滞作用对频率的依赖性甚微，故对心脏
房室传导系统影响小。
2．选择性作用
?从上述可见，DHP与苯烷胺类和地尔硫卓类对心脏房室传导系统的作用具有不同的选择性，这主要由于它们作用的受体不同及与受体相互作用后引起的通道
变构不同。除了在功能上有不同的选择性外，钙拮抗剂对不同组织器官有明显
的选择性作用。这是因为不同组织细胞的兴奋去极化过程对胞外Ca2+依赖性程
度不同。血管平滑肌和心肌的兴奋去极化及张力的维持主要依赖胞外Ca2+内流，而骨骼肌肌浆网发达。其功能受胞外Ca2+内流影响甚微，故钙拮抗剂对心血管
组织有明显的选择性作用。另外，PDC又分为L、T、N、P等亚型，其中仅L
型对钙拮抗剂影响最敏感，它主要分布于心血管组织细胞上。
3．受体间的相互影响
?三类钙拮抗剂受体在钙通道上能相互作用而影响各自对钙拮抗剂药的亲和力，例如，DHP受体或地尔硫卓受体各被药物占领后，都会提高另一方对药物的亲
和力。又如维拉帕米受体被占领后，就会减弱另二类受体对药物的亲和力。反
之，另二类受体被占领，也将减弱维拉帕米受体对药物的亲和力。
?目前有研究证明，地尔硫卓类钙拮抗剂是作用于通道失活态而不是开放态。
二）对心脏的作用
1．负性心肌力作用
?心肌动作电位平台期Ca2+内流是心肌张力发展的决定因素。Ca2+中介心肌兴奋-收缩偶联过程。钙拮抗剂阻滞Ca2+经细胞膜钙通道内流，使胞浆Ca2+浓度降低，因而呈现负性肌力作用。它可在不影响兴奋除极的情况下，明显降低心肌收缩
性，产生心肌兴奋-收缩脱偶联，但在整体情况下，钙拮抗剂的舒张血管降低血
压，可反射性引起交感神经兴奋，从而抵消钙拮抗剂的直接负性肌力作用，甚
至表现为轻微的正性肌力作用。
2．负性频率和负性传导作用
窦房结及房室结等慢反应组织的细胞膜去极化主要取决于Ca2+的跨膜内流。钙拮抗剂
对Ca2+跨膜内流的阻滞，使窦房结去极延缓，起搏频率延缓，房室结细胞去极受影响，使房室传导延缓，延长其有效不应期，可使折返激动消失，用于治疗阵发性室上性心
动过速。负性频率作用在整体情况下也受钙拮抗剂扩张外周血管反射性兴奋交感神经
的影响而部分抵消，所以钙拮抗剂治疗窦性心动过速的疗效不佳。
3．心肌缺血的保护作用
?缺血时，心肌细胞的能量代谢出现障碍，使心肌细胞各项功能衰退。由于钠泵、钙泵抑制使钙的被动转运受阻，形成胞内“钙超负荷”。钙拮抗剂可减少细胞内
钙含量，避免或减弱“钙超负荷”，对心肌细胞起到保护作用。
（二）对血管的作用
血管平滑肌细胞的兴奋去极过程主要依赖Ca2+跨膜内流，血管平滑肌细胞内Ca2+浓度
高低调控着血管的平滑肌舒张活动，当其胞膜兴奋去极时，膜PDC开启，胞外Ca2+大
量内流，触发胞内储存Ca2+释放，同时引起膜磷酯酰肌醇水解，形成IP3发挥第二信使
作用，促Ca2+自肌浆网释放，胞内Ca2+水平提高，通过钙调素激活肌凝蛋白轻链激酶（MLCK），后者催化肌凝蛋白轻链的磷酸化，继而触发肌纤、肌凝蛋白的相互作用
而引起肌肉收缩。钙拮抗剂对PDC的阻滞，导致血管平滑肌松弛，肾、脑、肠系膜及
肢体动脉的扩张。动脉中又以冠状动脉较敏感，增加冠状动脉流量及侧枝循环，对脑
血脑也较敏感。故可治疗心绞痛和脑缺血等疾病。
三）对其他平滑肌的作用
钙拮抗剂对支气管平滑肌、胃肠道、输尿管及子宫平滑肌都有松弛作用，其中对支气
管平滑肌作用最为明显。钙拮抗剂阻滞Ca2+跨膜内流，可松弛支气管平滑肌，并能减
少组胺的释放和白三烯D4的合成，减少粘液的分泌，故可用于治疗或防止哮喘的发作。四）改善组织血流作用
钙拮抗剂可通过对血小板和红细胞的影响而改善组织血流。
1．已知血小板变形、聚集和释放等激活反应皆与血小板内Ca2+有密切的关系。钙拮抗
剂阻滞血小板膜外Ca2+跨膜内流，进而抑制血小板内源性ADP释放和TXA2生成，从
而发挥抑制血小板聚集作用。
2．增加红细胞变形能力，降低血液粘滞度。当红细胞内Ca2+增多时，其变形能力降低，血粘度增高。
五）其它药理作用
1．抗动脉粥样硬化作用
钙拮抗剂能防止动脉粥样硬化的发生，这一作用与多种效应有关，钙拮抗剂阻止Ca2+
内流，抑制受损血管内皮细胞的Ca2+超负荷，改善动脉壁细胞的脂质代谢，并抑制血
小板衍化因子（PDGF）对平滑肌细胞的增殖作用，此外，抑制血小板聚集、舒张血管
也起了一定的作用。
2．抑制内分泌腺的作用
较大剂量钙拮抗剂能抑制多种内分泌功能，如催产素、加压素；促性腺激素、促甲状
腺素、胰岛素、醛固酮分泌等。
第四节钾通道药理
钾通道几乎存在于所有细胞膜中，并具有许多重要功能，如确定细胞的静息电位，参
与动作电位的复极，控制心脏起搏，调节神经元及腺体分泌等。近年来随着研究手段
的不断进步，钾通道调节药物，尤其是医用价值很高的钾通道开放剂的发展迅猛，进
一步提高了人们对钾通道药理学的研究兴趣。
一、钾通道的分型和调节
钾通道是目前已知的亚型最多的一类细胞膜离子通道，不同的通道亚型在调节上和对
细胞功能的影响有所不同，目前已发现十余种钾通道，在一个细胞上也可同时存在多
种不同的钾通道，如在心肌细胞上发现近十种。下面介绍几种较重要的钾通道亚型。1.内向整流钾通道（IkI）
是一种主要为电压依赖，也受时间影响的钾电流，由于具有内向整流特性而得名。即
在部分复极化时K+外流增加，而在去极化时则通道关闭，当增加胞外K+浓度达
140mmol/L，相同于胞内K+浓度，此时，任何去极化脉冲都难以引起K+外流，相反易
于形成K+内流。这一电流主要参与心房肌、心室肌静息电位的形成。此通道电流在复
极化时，活性增加，产生动作电位的快速终未复极化。
2.延迟外向电流（I K）
此钾通道电流也是电压依赖性的，并明显随时间变化。去极化过程中，这一外向电流
缓慢增加。一般在去极化晚期（膜电位-30mv）被激活，失活很缓慢。
这一电流被认为主要在动作电位的平台后期引起快速终未复极化相，对动作电位形成
有重要影响，但本身不参与此相。β受体激动剂可使K+-ch端酸化，增加该I K。
3.瞬间外向电流（Ito）或（IA）
这一电流引起浦氏纤维或心房动作电位的早期快速复极化，主要在去极化早期（-60mv）被激活，K+外流引起并迅速失活，心室肌也存在此电流。IA主要调节静息膜兴奋性，
减慢去极化速度，延缓动作电位的产生。
4.乙酰胆碱和腺苷激活的钾通道（K Ach）
这一通道属受体调控性钾通道。该通道主要分布在窦房结、房室结和心房肌中，乙酰
胆碱和腺苷可使其开放机率增加，从而导致负性频率，减慢传导速率和缩短动作电位
时程。由于Ach和腺苷分别作用于M受体和腺苷受体，但却作用于同一K+通道上，
推测二受体分别经G蛋白与此通道相偶联，故此类K+通道又叫作G蛋白调节的K+通道，其活性对百日咳毒素较敏感。
5.ATP敏感的钾通道（K ATP）
此通道广泛存在于胰岛β-细胞、心室肌、骨骼肌、血管平滑肌和神经细胞中。K ATP受
细胞内ATP水平的调控，膜片钳研究发现，大于1mmol/L的ATP可抑制该通道，而
通常细胞内ATP浓度在3～4mmol/L，因此K ATP正常情况下处于关闭的状态。
细胞内ATP水平与缺氧和能量代谢有关，如心肌缺血时，ATP含量下降，pH改变及
其它因素对K ATP进行调节，使其开放，引起动作电位平台期K+外流增加，动作电位缩短，并引起超极化，间接地使部分Ca2+通道失活，致使细胞自律性、收缩性降低。因此，在缺血时，K ATP开放是一重要的自我保护机制。
6. Ca2+激活的钾通道（I K（Ca））
当胞浆内Ca2+增加时，I K（Ca）开放。电压钳实验已发现，胞浆钙浓度明显影响心肌细胞，神经细胞和平滑肌细胞的K+稳定外向电流。Ca2+i激活的K+通道是血管平滑肌上的一种重要的K +外向电流通道，分高、中、低电导通道三种，其中高电导最重要。
7.Na+激活的钾通道
此通道存在于心肌细胞，对胞浆中的Na+浓度很敏感。该通道的生理功能尚不清楚。
以上仅介绍了几种重要的，研究较多的K +通道。近年来，也有人将K+通道分为三大类：（1）电压依赖性K +通道；
（2）G蛋白调控的K +通道，主要指Ach、腺苷、S-HT、去甲肾上腺素、生长激素等
由神经递质和激素调节的K +通道；
3）配体调控的K +通道，此类通道不需G蛋白参与，如Ca2+、Na+、ATP等敏感的K +
通道。近来还发现心肌、平滑肌中存在AA和其它脂肪酸敏感的K +通道。
二、钾通道的生理作用
虽然存在多种类型的钾通道，但它们的主要作用都是维持细胞的膜电位、调节细胞的
自主活动、兴奋性及动作电位。通常细胞内K+浓度140～150mmol/L，而细胞外的K +
仅为4mmol/L，细胞静止时少部分K+经一定的K+通道向胞外转移。并由此产生静息时
的膜电位。
在细胞去极化后，K+通道的开放程度又决定了K+的外流速度，因而直接影响复极化的速度和动作电位的时程。
?当一定的条件下或药物促进K+通道开放时，可使心脏的动作电位缩短，静息电位有所增加，二相平台期缩短，使Ca2+进入细胞减少，出现轻度负性肌力作用。
理论上由于复极加快，不应期缩短，容易产生心律失常，但静息电位的增大又
有利于部分去极化的心肌趋向稳定，减少其自律性。
?在血管平滑肌，促进钾通道开放，更多的K+转移到细胞膜外，膜电位进一步提高，即超极化，使电压依赖性钙通道难以激活，血管舒张。
?当K+通道开放受抑制时，可使心肌的复极化速率减慢，动作电位时程延长，使Ca2+通道灭活缓慢，导致更多的Ca2+进入细胞而产生正性肌动作用，又由于不
应期延长，还有抗心律失常作用。但在血管平滑肌的作用与促K+通道开放作用
相反。
?胰岛β细胞的K+通道开放受抑制时，胞内Ca2+增加可促进胰岛素分泌。
三、钾通道阻断剂
钾通道阻断剂种类很多，但可分为天然和化学合成两大类，其中一些已作为药用。
1. 天然存在的K+通道阻滞剂
?几种动物体内的毒素已被证实可以阻断某些类型的K+通道。Denchrotoxin——蛇毒中的一种多肽可选择性阻断IA（瞬时外向K电流）。蜂毒多肽apamin，
可抑制平滑肌细胞等膜上的低电导激活K+通道。Charybdotoxin——来自蝎素，
可阻断高电导型Ca2+激活的K+通道。
2. 人工合成的K+通道阻断剂
?现已合成了很多K+通道阻断剂，其中被广泛使用的有4-氨基吡啶（4-AP），3，4-二氨基吡啶和四乙胺（TEA）等。
?4-AP常被认为阻断IA。TEA则主要抑制IK(延迟外相电流)和K ATP。
?TEA和4-AP的作用强度和通道的选择性均不很强。另外，TEA和4-AP还可阻断多种受体系统，如M受体、D2、α1、α2及5-HT1A和5-HT2受体等。
在已用于临床的药物中，硫脲类抗糖尿病药物，如优降糖、D860等已被证实为K ATP抑制剂。它们降血糖的作用主要是抑制K ATP，并继发性引起胰岛素分泌增加。
目前在合成药物中已发现一批选择性作用于心脏的药物，也发现某些中草药的有效成
分具有钾通道阻滞作用。
四、钾通道开放剂
钾通道开放剂也可分为天然和人工合成的两大类。天然的钾通道开放剂的P物质、内
皮细胞松弛因子（EDRF）、内皮超极化因子（EDHF）、一氧化氮(NO)及乙酰胆碱等，这些内源性钾通道开放剂选择性低，作用广泛，是生理调节剂。
目前一般所指的钾通道开放剂基本属人工合成的钾通道开放剂，是近期开发的新型心
血管类药物，已成为药学领域继钙拮抗剂后又一研究热点。以下所指钾通道开放剂是
指人工合成物。
1．钾通道开放剂分类
?依据钾通道开放剂的化学结构可将其分为：苯并吡喃类；氰胍类；吡啶类；苯并噻二嗪类；硫化甲酰胺类；二氢吡啶类。
?若依据钾通道的调控方式分类则可分为3类：（1）钙激活钾通道开放剂；（2）
I K通道开放剂和（3）K ATP通道开放剂。
K ATP通道开放剂是目前研究最多，应用最广的钾通道开放剂。根据其化学结构类型又可包括苯丙吡喃类、氰胍类、硫化甲酰类、嘧啶类和苯并噻二嗪类，其原形药物分别是：Levesomakalin，吡那地尔（Pinacidil），克罗卡林。尼可地尔，apsikalin，米诺地尔（minoxidil）和二氮嗪。
2．钾通道开放剂作用机制
?钾通道开放剂的作用机制可能是作用于K ATP通道，激活钾通道，开放平滑肌细胞膜上的钾通道，使钾离子依浓度梯度移向细胞外，使细胞膜超极化。抑制钙
离子内流，同时降低细胞内的钙离子浓度。使血管平滑肌兴奋性下降，平滑肌
松弛。血管张力降低。血管扩张。以至呈现血压下降，抗心肌缺血等多种药理
作用。此即K+ATP通道学说。
?目前合成的钾通道开放剂大多是作用K+ATP通道。
钾通道开放剂药理作用
3．1 对心肌作用
钾通道开放剂对心肌的直接作用是缩短动作电位时程，即在心肌中的心室和浦氏纤维
的动作电位时间明显缩短，形成超极化，使心肌细胞自律性下降，因而呈现抗心律失
常作用。
?钾通道开放剂有显著的抗心肌缺血作用，对心肌缺血一再灌注引起的心肌损伤（钙超载所致）有保护作用：
?①其作用是开放心肌的K ATP通道，使心肌细胞膜发生超极化；
②降低细胞内钙离子浓度，减轻或防止钙的过负荷（钙超载）
?③抑制或延缓高能磷酸盐的代谢而保护高能磷酸盐，减少能量消耗，消除自由基，减少或避免心肌细胞的损害；
?④另外，可使K ATP通道开放的数量增多，加速缩短动作电位时程，促使缺血区域心肌的收缩活动减少。
对吡那地尔、克罗卡林及尼地可尔等研究证实它们可显著扩张冠脉血管，缩小心肌梗
塞面积，减轻缺血心肌局部节段运动障碍，并有减少心律失常发生的作用，临床上开
始用于治疗各类心绞痛及高血压，其疗效优于钙拮抗剂及硝酸脂类药物。
?3．2对血管平滑肌的作用
钾通道开放剂能直接舒张血管平滑肌而降低血压，且能抑制门静脉的自发性收缩。
本类药物有很强的扩血管作用，降压作用比钙拮抗剂强。其降压机制是开放血管平滑肌细胞的K ATP通道，使细胞膜超极化，使电压依赖性钙通道开放受阻和增加钙泵的功能而降低细胞内钙水平，导致血管舒张，血压下降。
该类药虽然有较强的降压作用，但降压同时常伴有代偿性的反射性心动过速。目前主
要作为降压剂，冠状动脉和周围血管扩张剂进行临床研究，其代表药物有吡那地尔、
克罗卡林、烟浪丁（Nicolandil）三种，另外该类药物也有降低血脂作用。
3．3对气和支气管平滑肌作用
?能舒张气管和支气近平滑肌，有抗哮喘作用，且能对抗5-HT，组胺和乙酰胆碱等引起的气管收缩反应，减少气道的阻力。克罗卡林的平喘效果临床应用较好。3．4其它作用
?（1）钾通道开放剂对膀胱和尿道平滑肌有选择性抑制作用，可用于尿路结石的辅助治疗。
?（2）利用其松弛血管的作用，用于外周动脉栓塞性疾病。
?（3）米诺地尔有增加秃发部位的头皮血液流速，国外已用于治疗秃发症。
?总之，钾通道开放剂具有广泛的心血管药理作用，它的研究为防治心血管系疾病提供了一条极有发展前景的新途径。必将成为未来治疗心血管疾病的一类重
要药物。
基础与临床心律失常B1
基础与临床心律失常 一、单选题 1、约60%的窦房结动脉源于: A.左主干; B.左冠状动脉; C.右冠状动脉; D.左回旋支； E.冠状静脉 答案:C 2、房室结的血供90%来源于: A.左主干; B.左冠状动脉; C.右冠状动脉; D.左回旋支； E.冠状静脉 答案:C 3、下列叙述哪一项是错误的: A,希氏束起源于房室结; B.长约15 mm; C.通过中心纤维体骑跨在室间隔顶部; D.通常行走于室间隔膜部的右侧; E.往下分为左右束支 答案:D 4、以下哪种心律失常时听诊心律不规则：c a.房扑4：1传导 b.房颤伴III度房室传导阻滞 c.莫氏I型房室传导阻滞 d. 莫氏II型房室传导阻滞2：1传导 5、.以下哪种疾病不引起上肢静脉压升高：d a.右心衰竭 b.上腔静脉综合征 c.缩窄性心包炎 d.肝硬化 6、.I度房室传导阻滞患者心尖部听诊可能发现：b a.第一心音亢进 b.第一心音降低
c.第二心音亢进 d.第二心音降低 7、下列各项中容易引起晕厥（或阿-斯综合征）的是：c a.完全性右束支传导阻滞 b. 完全性左束支传导阻滞 c.完全性房室传导阻滞阻滞 d.室上性心动过速 8、以下哪种心律失常时听诊心律不规则：d a. 室扑4：1传导 b.房颤伴III度房室传导阻滞 c.室上速 d.II度（文氏型）房室传导阻滞 9、关于房颤的心室率控制以下那项是正确的: A.常选用心律平控制心室率; B.静息时控制在60-80次/分, 中等运动量90-115次/分; C.无必要选用动态心电图来评估室率控制; D.抗凝治疗; E. 无必要选用6分钟步行试验来评估室率控制 答案：B 10、以下除外哪一项均需华法令抗凝: A.TIA; B.卒中史; C.人工心脏瓣膜; D.高血压; E.糖尿病 答案: D 11、如果心动过速时一个或多个室性期前刺激提前希氏束激动60-80ms以上而不改变心房激动时间,支持诊断: A.室速;B.AVRT;C. AVNRT;D.房速;E.窦速 答案:D 12、女性, 36岁, 发作性心悸3小时就诊。查体:心率220次/分,节律规整。按压右侧颈动脉窦数秒钟, 心率突然降为76次/分, 患者自觉症状缓解。该患者最可能的诊断为: A. 阵发性房性心动过速; B. 阵发性室性心动过速; C.阵发性室上性心动过速; D.阵发性房颤;E窦速 答案:C 13、对阵发性室上速伴心功能不全者以下哪项选择是正确的: A.心律平;B维拉帕米;C.地尔流卓;D.西地兰;E.美多心安
遗传性心脏离子通道病与心肌病基因检测中国专家共识(最全版)
遗传性心脏离子通道病与心肌病基因检测中国专家共识（最全版） 前言 自1990年和1995年分别发现心肌病和离子通道病第一个致病基因以来，对疑有遗传性心脏疾病的基因检测经历了从基础研究到临床应用的发展过程。目前，离子通道病或心肌病的基因检测在国外临床上主要用于辅助诊断，国内尚未用于临床。其发展成熟需要临床医生对遗传知识的理解或与遗传学专家的联合攻关。对临床医生来说，目前首先要回答的问题是：心脏离子通道病与心肌病基因检测的临床意义是什么？基因分析在这类疾病危险分层中的价值如何？何时需要进行家族成员基因筛查？如何根据基因筛查结果进行干预和治疗？就这些学术问题，目前观点尚不统一。 2011年，美国心律学会/欧洲心脏节律学会组织国际上遗传性心律失常和心肌病遗传学研究的著名专家，根据自身经验和文献回顾，发表了《心脏离子通道病与心肌病基因检测专家共识》[1],阐述基因检测在遗传性心脏离子通道病与心肌病中的作用，重点评估基因检测对13种心脏疾病的价值及基因检测结果对诊断、预后和治疗的影响。基于基因检测结果所产生的影响程度不同，该共识主要对长QT综合征(LQTS)、肥厚型心肌病(HCM)、扩张型心肌病(DCM)、限制型心肌病(RCM)等进行了探讨，对体外受精胚胎种植前基因检测的可行性未给出明确建议，有待于将来进一步探索。 先证者致病基因突变的发现，为判断其亲属是否存在致病基因提供了金标准。因此，对家族成员进行特定突变检测，具有诊断、治疗及预后判
断的意义。基因检测阴性的家族成员可以排外该疾病，基因检测阳性可以早期诊断尚无临床表现的家族成员，对预防与治疗更有价值。对于无临床表现的家庭成员，进行基因检测的年龄和意义需根据不同疾病而定。但是，不管基因检测结果如何，对疾病的治疗不能仅依赖于基因检测结果，而更应该基于全面综合的临床评估。 本中国专家共识(简称专家共识)是在中华医学会心血管病学分会和中华心血管病杂志编委会的倡议下，由国内从事该领域研究的专家们参照国际指南并结合我国在该领域的研究成果共同撰写而成。共识中的国内资料主要来自国内文献或相关注册研究的随访结果。 基因检测推荐原则参照美国心脏协会/美国心脏病学学会/欧洲心脏节律学会指南标准，标识了本专家共识的推荐类别和证据水平。推荐类别：Ⅰ类(推荐)为已发现遗传性心脏离子通道病及心肌病先证者基因突变，且发现基因检测结果能够影响其治疗策略、预防措施及生活方式的选择；Ⅱa类(可能有益)为基因检测结果对治疗或预防措施选择无影响，但对于生育咨询有益或者患者要求了解自身遗传基因状况；Ⅱb类(可以考虑)为基因检测结果对治疗或预防措施选择无意义，或者检测基因的范围太广而难以获得阳性结果；Ⅲ类(不推荐)指对可疑遗传性心脏离子通道病与心肌病的诊断与评估，其基因检测结果不能够提供任何益处甚至可能有害。所有推荐为C级证据。 专家共识一般建议如下。 1．建议所有遗传性心脏离子通道病与心肌病患者及亲属进行遗传咨询，包括临床和(或)基因检测的风险、获益和可行性。
膜片钳技术的发展和应用
膜片钳的发展和应用 1．背景 细胞是生物的基本组成单元，细胞外围有一层薄膜，彼此分离又互相联系，细胞间与细胞内的通信、信号传递依靠其膜上的离子通道来进行，离子和离子通道是细胞兴奋性的基础，亦是产生生物电的基础。生物电信号通常是用电学或电子学的方法进行测量。早期多采用双电极电压钳技术作胞内记录，近年来逐渐被膜片钳所取代，这项技术为从细胞和分子水平了解生物膜离子单通道“开启”和“关闭”的门控动力学及各种不同离子通道的通透性和选择性等膜信息提供了最直接的手段。 膜片钳记录(patch clamp recording)是利用玻璃微电极吸引封接面积仅为几个um2的细胞膜片，在10-12A水平，记录单个或几个通道的离子电流，已达到当今电子测量的极限。此技术广泛用于细胞膜离子通道电流的测量和细胞分泌、药理学、病理生理学、神经科学、脑科学、植物细胞的生殖生理等领域的研究。从而点燃了细胞和分子水平的生理学研究的生命之火，并取得了丰硕的成果。 2．膜片钳技术简介 2.1 基本原理和记录方法 电压钳(V oltage-clamp)是由英国学者Huxley和Katz最先应用的[1]。其实质是通过负反馈微电流放大器在兴奋性细胞膜上外加电流，保持细胞跨膜电位不变，并迅速控制其数值，以观察在不同膜电位条件下膜电流的情况。膜电流的改变反映了膜电阻和膜电容的变化，因此电压钳可用来研究整个细胞膜或一大块细胞膜上所有离子通道的活动，但该技术由于在细胞内插人两根电扳，对细胞损伤很大，在小细胞中难以实现，又因细胞形态复杂，很难保持细胞膜各处生物特性的一致，而逐渐被膜片钳所取代。 膜片钳技术(patch-clamp)是在电压钳基础上发展起来一种新技术，与电压钳的主要区别有二：一是钳制膜电位的方法不同；二是电位固定的细胞膜面积不同，即所研究的离子通道数目不同。与电压钳一样，膜片钳也是利用负反馈电子线路，将微电板尖端所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜电位固定在一定水平，观察流过通道的离子电流。其实现膜电位固定的关键是在玻璃微电极尖端边缘与细胞膜之间形成高阻封接，使电极尖开口处与相接的细胞膜小区域(膜片)形成无论是从机械上还是电学上都极为紧密地封接，从而可反映细胞上单一(或多数)离子通道的分子活动[2]。1976年，德国科学家Neher和Sakmann首先用此技术对蛙胸皮肌细胞膜上的己酰胆碱受体通道进行了研究，记录出了量值在皮安级(10-12 A)的微弱电流[3,4]。1981年，经Hamill等[5]后人的进一步完善，其电流测量灵敏度已达1pA，时间和空间分辨率达10 us和1 um。 随着膜片钳技术的出现，目前有几种不同的记录方式： (1)细胞吸附式(cell-attached patch)将两次拉制后，经热抛光的微管电极置于清洁的细胞膜表面, 形成高阻封接，在细胞膜表面隔离出一小片膜，即通过微管电极对膜片进行电压钳制，从而测量膜电流。 (2)内面向外模式(inside-out patch)高阻封接形成后，将微管电极轻轻提起，使其与细胞分离，电极端形成密封小泡，在空气中短暂暴露几秒钟后，小泡破裂再回到溶液中，使小泡的外半部分破裂即得。
离子通道病
离子通道病 定义:离子通道结构的缺陷所引起的疾病.又称离子通道缺陷性疾病。 与信号传导相关的离子通道获得性或遗传性的结构和功能改变,均可能导致响应的信号传导异常,引起某种疾病或参与疾病的发病过程。如；肌肉型nAch受体自身免疫性损害-----重症肌无力；CI-通道CIC1基因缺陷-----先天性肌强直：Ryarodine受体缺陷------恶性高热易感性。 细胞膜上电压调控性钠、钙、钾和氯离子通道功能改变与先天性和后天性疾病发生之间的关系，对于离子通道基因缺陷、功能改变与某些疾病关系的研究，将可更新在离子通道生理学、病理学和分子遗传学等方面的知识，有助于开辟离子通道病治疗新途径。 90年代以来发现的主要离子通道病: 第一节钠通道病 钠通道基因突变所引起的心律失常，其原因可分为：基于通道活动的失活异常（不完全失活）；基于通道激活异常（Ina降低）；基于细胞膜上通道的数量减少（合成、运输及表达障碍)。钠通道分子结构上的有关部门位点发生突变时，就会严重影响钠通道的正常活动，而出现致命性心律失常。 所有钠通道基因突变所引起的疾病主要与α-亚单位的基因改变有关。在心肌细胞，位于染色体3p21-24上的SCN5A基因与钠通道（hH1）的组成有关。该基因突变是造成人类第3型长Q-T综合症（LQT3）的根本原因。先天性长Q-T综合症是一种罕见且致死的心脏电复极化过程异常延长性心律失常，心电图上QT间期延长，出现室性心律失常、晕厥和瘁死的一种综合症。与正常结构相比，在由突变SCN5A形成的钠通道α亚单位上，位于Ⅲ和Ⅳ结构域之间的4和5号片段有脯氨酸、赖氨酸和谷氨酰胺缺失现象。破坏了通到连接攀与通道的相互作用，使部分通道变为非失活的形式，通道失活的延迟导致持续的Na+内流，延长心肌复极时间，导致QT间期延长。 LQT与一些基因的突变或缺失有关，这些基因分别命名为LQT1---LQT4。 LQT1，LQT2是主要的心脏钾通道病。
心律失常
心律失常 心脏病变时，心内神经递质系统，尤其是肾上腺素能受体通路有不同 水准的损害。心力衰竭时受体功能异常是致心律失常以及心功能损害 的重要中介因素。受体通过调节各种离子通道(Na+、Ca2+、K+、Cl-通道)改变细胞内外离子浓度，影响细胞电活动，易致传导性改变或产生 后除极而诱发各种心律失常。利用遗传性猝死狗模型证实了室性心律 失常发生的机制为浦肯野纤维早期后除极诱发的触发活动［1］。 现就当前涉及心律失常与受体、心律失常遗传基础及传导系统相关研 究作一概述。 一、β肾上腺素能受体 1.β肾上腺素能受体(β受体)在传导系统的分布窦房结、心房内、 房室结、希氏束和心室内传导系统均有β1、β2受体分布。窦房结内 β1、β2受体均高于周围心房肌，房室结内β2受体最高。希氏束 β1受体最低，希氏束、房室间隔β2受体最低。另外传导系统各部位β1、β2受体密度不一致。窦房结与心房内均以β1受体为主，但窦 房结中β2受体为心房的2.5倍，与窦房结特殊的生理功能相一致［2］。希氏束内β2受体比例最高，占(72±6)%，房室结为(51±3)%，房室间隔均为(36±1)%。心室肌与冠状动脉相比，其β受体与G蛋白 耦联更牢固［3］，可能与心室肌以β1肾上腺素能受体为主而冠状动 脉以β2受体为主的亚型分布差异相关。 关于年龄对344只Fisher大鼠β受体影响的研究发现，随年龄增长，房室结β受体密度下降，但受体亲合力及亚型比率不变；而在左右心室，β受体的密度和亚型比率均无改变［4］。心力衰竭患者有β1受体下调，这种现象在心力衰竭早期就出现，且与心力衰竭的严重水准 呈正相关；β2受体数目不变但功能下降，可能与抑制性G蛋白(G-proteininhibit)功能增强相关。β1、β2受体数目及比例在扩张型心肌病(DCM)、缺血性心肌病(ICM)心脏传导系统中差别不明显［5］。在
膜片钳记录和分析技术
膜片钳记录和分析技术 2010-12-15 16:41 来源：美国分子仪器点击次数：2186 关键词：膜片钳细胞信号 分享到： ?收藏夹 ?腾讯微博 ?新浪微博 ?开心网 细胞是动物和人体的基本组成单元，细胞与细胞内的通信,是依靠其膜上的离子通道进行的，离子和离子通道是细胞兴奋的基础，亦即产生生物电信号的基础，生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科-电生理学（electrophysiology），即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。 早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。 1976年德国马普生物物理研究所Neher和Sakmann创建了膜片钳技术（patch clamp recording technique）。这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的（或多个的离子通道分子活动的技术）。以后由于吉欧姆阻抗封接(gigaohm seal, 109W)方法的确立和几种方法的创建。这种技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火，它和基因克隆技术（gene cloning）并架齐驱，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。 这一伟大的贡献，使Neher和Sakmann获得1991年度的诺贝尔生理学与医学奖。 一、膜片钳技术发展历史 1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann首次在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位
的同时，记录到ACh激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术。 1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50 cmH2O的负压吸引，得到10-100GW10-100G?的高阻封接（Giga-seal），大大降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。 1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进，引进了膜片游离技术和全细胞记录技术，从而使该技术更趋完善，具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。 1983年10月，《Single-Channel Recording》一书问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann 和Neher也因其杰出的工作和突出贡献，荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。 二、膜片钳技术原理 膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来（见下图），由于电极尖端与细胞膜的高阻封接，在电极尖端笼罩下的那片膜事实上与膜的其他部分从电学上隔离，因此，此片膜内开放所产生的电流流进玻璃吸管，用一个极为敏感的电流监视器（膜片钳放大器）测量此电流强度，就代表单一离子通道电流。 膜片钳技术的建立，对生物学科学特别是神经科学是一资有重大意义的变革。这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的（或多个的离子通道分子活动的技术。些技术的出现自然将细胞水平和分子水平的生理学研究联系在一起，同时又将神经科学的不同分野必然地融汇在一起，改变了既往各个分野互不联系、互不渗透，阻碍人们全面认识能力的弊端。
离子通道与疾病
摘要 细胞离子通道的结构和功能正常是维持生命过程的基础，其基因变异和功能障碍与许多疾病的发生和发展有关.离子通道的主要类型有钾、钠、钙、氯和非选择性阳离子通道，各型又分若干亚型.离子通道的主要功能是:提高细胞内钙浓度，触发生理效应;决定细胞的兴奋性、不应性和传导性;调节血管平滑肌的舒缩活动;参与突触传递;维持细胞的正常体积.离子通道的主要研究方法为膜片钳技术、分子生物学技术、荧光探针钙图像分析技术.离子通道病是指离子通道的结构或功能异常所引起的疾病.疾病中的离子通道改变是指由于某一疾病或药物引起某一种或几种离子通道的数目、功能甚至结构变化，导致机体发生或纠正某些病理改变.从离子通道与疾病的关系角度，加强分子生物学、生物物理学、遗传学、药理学等多学科交叉深入研究，对于深入探讨某些疾病的病理生理机制、早期诊断及发现特异性治疗药物或措施等均具有十分重要的理论和实际意义. 0 引言 离子通道(ion channel)是细胞膜上的一类特殊亲水性蛋白质微孔道，是神经、肌肉细胞电活动的物质基础.随着分子生物学、膜片钳技术的发展，人们对离子通道的分子结构及特性有了更加深入的认识，并发现离子通道的功能、结构异常与许多疾病的发生和发展有关[1].近年来，对于离子通道与疾病关系的研究取得了重大进展，不仅阐明了离子通道的分子结构突变可导致某种疾病，而且还明确了某些疾病可影响某种离子通道功能甚至结构.本文论述离子通道的主要类型、功能、研究方法及其与疾病的关系. 1 离子通道的主要类型 离子通道的开放和关闭，称为门控(gating).根据门控机制的不同，将离子通道分为三大类:(1)电压门控性(voltage gated)，又称电压依赖性(voltage dependent)或电压敏感性(voltage sensitive)离子通道:因膜电位变化而开启和关闭，以最容易通过的离子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通道4种主要类型，各型又分若干亚型.(2)配体门控性(ligand gated)，又称化学门控性(chemical gated)离子通道:由递质与通道蛋白质受体分子上的结合位点结合而开启，以递质受体命名，如乙酰胆碱受体通道、谷氨酸受体通道、门冬氨酸受体通道等.非选择性阳离子通道(non-selective cation channels)系由配体作用于相应受体而开放，同时允许Na+、Ca2+ 或K+ 通过，属于该类.(3)机械门控性(mechanogated)，又称机械敏感性(mechanosensitive)离子通道:是一类感受细胞膜表面应力变化，实现胞外机械信号向胞内转导的通道，根据通透性分为离子选择性和非离子选择性通道，根据功能作用分为张力激活型和张力失活型离子通道.此外，还有细胞器离子通道，如广泛分布于哺乳动物细胞线粒体外膜上的电压依赖性阴离子通道(voltage dependent anion channel，VDAC)，位于细胞器肌质网(sarcoplasmic reticulum，SR)或内质网(endoplasmic reticulum，ER)膜上的Ryanodine受体通道、IP3受体通道. 2 离子通道的主要功能 离子通道的主要功能有:(1)提高细胞内钙浓度，从而触发肌肉收缩、细胞兴奋、腺体分泌、Ca2+依赖性离子通道开放和关闭、蛋白激酶的激活和基因表达的调节等一系列生理效应;(2)在神经、肌肉等兴奋性细胞，Na+ 和Ca2+通道主要调控去极化，K+主要调控复极化和维持静息电位，从而决定细胞的兴奋性、不应性和传导性;(3)调节血管平滑肌舒缩活动，其中有K+、Ca2+、Cl-通道和某些非选择性阳离子通道参与;(4)参与突触传递，其中有K+、Na+、Ca2+、Cl-通道和某些非选择性阳离子通道参与;(5)维持细胞正常体积，在高渗环境中，离子通道和转运系统激活使Na+、Cl-、有机溶液和水分进入细胞内而调节细胞体积增大;在低渗环境中，Na+、Cl-、有机溶液和水分流出细胞而调节细胞体积减少. 3 离子通道的主要研究方法 研究离子通道功能的最直接方法是用膜片钳技术直接测定通过离子通道的电流或测量细胞膜电位的变化.膜片钳技术是利用一个玻璃微吸管电极完成膜片或全细胞电位的监测、钳制和膜电流的记录，通过观测膜电流的变化来分析通道个体或群体的分子活动、探讨离子通道特性.分子生物学技术为离子通道的分子结构分析、基因克隆、功能表达研究提供了有力工具，对于编码离子通道亚单位的基因结构可采用基因定位克隆确定其在染色体上的定位，用逆转录-聚合酶链反应、Northern杂交等明确其在器官组织中的分布，用Western杂交检测基因表达产物等.荧光探针钙图像分析技术为检测细胞内游离钙离子浓度提供了有效
非离子通道阻滞剂的抗心律失常作用
非离子通道阻滞剂的抗心律失常作用 传统的抗心律失常药主要依赖于阻断Na+、K+、ca2+离子通道，包括I类、Ⅲ类和Ⅳ类抗心律失常药。由于多数治疗剂量的离子通道阻滞剂在患有器质性心脏病的患者中同时具有致心律失常的副作用，临床使用受到限制。近年来研究发现，心脏的机械牵张、炎症、氧化应激，心房肌细胞代谢，细胞外基质的重构和纤维化等也参与了心律失常的发生过程，已成为心律失常治疗的新靶点。非离子通道阻滞剂将成为心律失常治疗的重要药物，主要包括β受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂／血管紧张素受体拮抗剂、他汀类药物、多聚不饱和脂肪酸等。由于这些药物的抗心律失常作用基于对参与心肌细胞电学和结构重构的受体和细胞信号转导途径的干预，它们不直接阻滞离子通道，无致心律失常的副作用，且对心律失常具有早期预防作用，近年来成为研究的新动向，又称之为“心律失常的上游治疗”。 一、β受体阻滞剂 β受体阻滞剂虽为Ⅱ类抗心律失常药，本身不直接阻断离子通道，却是惟一被大型临床试验证实能够降低器质性心脏病患者猝死的药物，能降低心肌梗死后患者30％的猝死风险，早期应用可降低慢性心力衰竭(心衰)患者30％的全因病死率。 二、血管紧张素转换酶抑制剂(angiotensin
convertingenzyme inhibitors，ACEIs)／血管紧张素受体拮抗剂(angiotensin receptor blocker，ARBs) 肾素．血管紧张素．醛固酮系统的持续激活能够导致心脏重构，也是心律失常发生的重要原因，尤其是其中间产物血管紧张素Ⅱ具有很强的致心律失常作用。首先，心房肌细胞的血管紧张素Ⅱ受体多于心室肌细胞，血管紧张素Ⅱ增加心房压力，导致心房牵张，使心房不应期缩短和心房内传导时间延长，从而使房性快速型心律失常的发生率增加。其次，血管紧张素Ⅱ显著增加心房和心室肌细胞的钙超载，在缺血时容易诱发再灌注心律失常。此外，血管紧张素Ⅱ促进心肌纤维增生，降低胶原酶的活性，使心肌的顺应性下降，这些改变均为折返性心律失常的发生提供了条件。而血管紧张素Ⅱ来源于血管紧张素转换酶途径和血管紧张素受体途径。因此，应用ACEIs和ARBs阻断血管紧张素Ⅱ的生成已成为心律失常治疗的新靶点，ACEIs和ARBs已经在心律失常尤其是房颤的治疗中逐渐受到重视。 三、他汀类药物 炎症反应是房性心律失常产生和维持的重要因素。25％一40％房颤的发生与心房炎症有关，尤其是术后房颤；而房性快速型心律失常的维持也常常与心房炎症瘢痕形成有关。近年来，他汀类药物即羟甲戊二酰辅酶A(HMG—CoA)还原酶抑制剂降脂之外的抗心律失常效应在临床试验中得到了证
膜片钳技术原理与基本操作
膜片钳技术原理与基本操作 1976 年Neher 和Sakmann 建立了膜片钳技术（Patch clamp technique），这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多数的离子通道分子活动的技术。1981 年Hamill, Neher 等人又对膜片钳实验方法和电子线路进行了改进，形成了当今广泛应用的膜片钳实验技术。该技术可应用于许多细胞系的研究，也是目前唯一可记录一个蛋白分子电活动的方法，膜片钳技术和克隆技术并驾齐驱给生命科学研究带来了巨大的前进动力，这一伟大的贡献，使Neher 和Sakmann 获得1991 年诺贝尔医学与生理学奖。 一、膜片钳技术的基本原理 用一个尖端直径在1.5~3.0μm 的玻璃微电极接触细胞膜表面，通过负压吸引使电极尖端与细胞膜之间形成千兆欧姆以上的阻抗封接，此时电极尖端下的细胞膜小区域（膜片，patch）与其周围在电学上分隔，在此基础上固定（钳制，Clamp）电位，对此膜片上的离子通道的离子电流进行监测及记录。 基本的仪器设备有膜片钳放大器、计算机、倒置显微镜、示波器、双步电极拉制器、三轴液压显微操纵器、屏蔽防震实验台、恒温标本灌流槽、玻璃微电极研磨器。膜片钳放大器是离子单通道测定和全细胞记录的关键设备，具有高灵敏度、高增益、低噪音及高输入阻抗。膜片钳放大器是通过单根电极对细胞或膜片进行钳制的同时记录离子流经通道所产生的电流。膜片钳放大器的核心部分是以运算放大器和反馈电阻构成的电流-电压（I-V）转换器，运算放大器作为电压控制器自动控制，使钳制电位稳定在一定的水平上。 二、操作步骤 1.膜片钳微电极制作 (1) 玻璃毛细管的选择：有二种玻璃类型，一是软质的苏打玻璃，另一是硬质的硼硅酸盐玻璃。软质玻璃在拉制和抛光成弹头形尖端时锥度陡直，可降低电极的串联电阻，对膜片钳的全细胞记录模式很有利；硬质玻璃的噪声低，在单通道记录时多选用。玻璃毛细管的直径应符合电极支架的规格，一般外部直径在 1.1~1.2mm。内径1mm。 (2) 电极的拉制：分二步拉制。第一部是使玻璃管中间拉长成一窄细状，第二次拉制窄细部位断成二根，其尖端直径一般在1~5μm，充入电极内液后电极电阻在1~5MΩ为宜。调节第一步和第二步拉制时加热线圈的电流强度，即可得到所需要的电极尖端直径。电极必须保持干净，应现用现拉制。 (3) 涂硅酮树酯：记录单通道电流时，为了克服热噪声、封接阻抗噪声及电极浸入溶液产生的浮游电容性噪声，需要在电极尖颈部（距离微电极尖端50mm）的表面薄薄地涂一层硅酮树酯（sylgard），它具有疏水性、与玻璃交融密切、非导
心脏的离子通道疾病
心脏离子通道病的研究进展 发布时间： 2009-9-24 12:00:52 编辑： cqlihua 字体：大中小我 要投稿 摘要心脏离子通道病是离子通道病的重要组成部分,在心血管疾病中扮演 着重要角色,几乎所有的心律失常都有离子通道病变参与,是心脏性猝死的主要原因。本文对遗传性心脏离子通道病、获得性心脏离子通道病及心脏离子通道病的治疗作一简要介绍。 1995 年Keating 研究组确定了长QT间期综合征(long QT syndrome ,LQTS) 与心脏离子通道基因突变有关,从此揭开了心律失常基因机制研究的新时代。2002 年1 月,Nature 杂志刊登了“心脏离子通道病”一文,较系统地介绍了心脏离子通道分子缺陷在心律失常发生发展中的作用和地位[1 ]。2004 年5 月,Nature Medicine 杂志发表了“心脏离子通道病:基因的缺陷”一文,对心脏离子通道病 的分子机制进行了详细阐述[2 ]。随着研究的深入,越来越多的心律失常被证实与基因缺陷有关,其中多数为心脏离子通道基因异常,少数为非离子通道基因异常。目前心脏离子通道病正日益受到国际心脏病学界的高度关注,对心肌离子通道病 的全面认识,可以从分子水平更好的解释心肌电生理及病理机制,为心律失常的防治奠定基础。 1 心脏离子通道病及细胞分子机制 近年来分子生物学及分子电生理的迅速发展,开创了心律失常机制研究新纪元。心律失常与离子通道基因表达异常明确相关,多个离子通道基因的突变可引起各种心律失常。目前,已知绝大多数的原发性心电异常都是由编码各主要离子通道亚单位的基因突变引起的,因此,这类病可通称为“离子通道病”[3 ] 。如LQTS、Brugada 综合征(Brugada syndrome , BRS) 、儿茶酚胺敏感的多形性室速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia , CPVT) 、短QT 综
钙离子通道与心律失常
现代分子毒理学机制研究表明：乌头碱可促进钠离子通道电流(I )，增加内向整流钾电流(I ，)以及L一型钙离子通道电流(Ica-L)，抑 制瞬时外向钾电流(It。)，明显延长动作电位时程(APD)，增加后除 极发生率，引起折返冲动，诱发快速型心律失常， ]。其中L一型 钙离子电流、内向整流钾电流、钠内流可能是心律失常发生中起关 键作用的离子靶点。乌头碱改变心肌细胞膜上一系列离子电流的机 制是影响相关通道基因的表达。如，使钠离子通道基因(SCN 5A)表 达上调，导致心肌细胞膜钠离子通道失活关闭不正常，钠离子内流 增加[241；促进L一型钙离子通道基因(Cavl 2)的mRNA表达，引起L 一型钙离子通道电流密度增加，细胞内钙离子浓度升高【20 ；降低 瞬时外向钾电流基因(Kv43)的mRNA表达，改变It。，从而导致APD平 台期延长，复极异常，引起复极时程的离散和后除极的发生，导致 心律失常_2 。 L一型钙通道属于电压依赖性钙通道，其开放与关闭主要取决于膜电位的变化， 属长时程钙通道。 心室肌细胞膜上的钙通道以L型钙通道为主，生理情况下细胞内钙浓度上升主要 取决于细胞内钙释放，经L型钙通道产生的内向钙电流是内钙释放触发的主要机 制【剐。Ic,-L主要在快速去极化时引起动作电位的传导，参与心肌动作电位 平台期的形成和维持。L一型钙离子通道电流的升高会导致心肌细胞内钙超负荷，而各种细胞内钙增加将会引发心律失常。广泛的相关研究结果显示，L一型钙通 道编码基因的突变会导致包括Brugada综合征在内的多种类型的遗传性心律失常『2 。Sun等发现，由于L一型钙通道编码基因表达上调而引起的钙离子浓度增加，可能是脑缺血所致严重心律失常的可能机制之一[28】。Timothy综合征是 一种由于L一型钙离子通道基因(Cavl 2)的突变所致的多器官异常及心律失常综 合征。Cavl 2基因G406R的突变不仅改变了其电压依赖性失活动力学，而且显著 减缓了通道时间依赖性失活，导致L型钙通道“功能增强”，动作电位平台期内 向电流增加，QT间期延长。在后续研究中发现，L一型钙离子通道阻断剂(尼索 地平)能抑制突变通道显著增强的钙离子内流，因而具有治疗Timothy综合征的 潜力 根据以上充足的研究证据可以推测，粉防己碱通过非特异性抑制钙 离子的跨膜转运，对抗乌头碱引起的细胞内钙离子浓度升高，从而 阻止严重心律失常的发生 ______基于知识发现工具Arrowsm ith探求防己与附子配伍减毒机制的研究
膜片钳技术SOP
膜片钳技术SOP 关键词：膜片钳 目的： 研究膜片上几个甚至一个离子通道的电流，对单个离子通道在各种电位状态及每种电位状态下对产生电流的离子作出定性、定量的分析，来反映细胞膜上离子通道活动，为研究离子通道结构与功能关系提供关于生物电特性的新资料。基本原理： 膜片钳制技术（patch clamp technique)是对一块单独的细胞膜片（或整个细胞）的电位进行钳制的一项电生理技术。 通过对膜电位的钳制可以观察通过离子通道的电流，膜片钳放大器正是通过维持电压的恒定而测出这种电流。运用膜片钳技术记到的最小电流可达到pA级(10-12 A)。膜片钳的本质属于电压钳范畴，其基本工作原理是：采用经典的负反馈放大技术作电压固定，但改用细胞外微吸管作电极，将微电极管尖端与细胞膜表面接触，经负压抽吸，形成具极高阻抗的紧密封接，其电阻值高达10-100千欧（即GΩ=109Ω）。只有在这种封接存在时，通过膜电极引导记录的电流才是通过该膜的离子通道电流。 膜片钳技术原理示意图 Rs是膜片阻抗相串联的局部串联电阻（输入阻抗），Rseal是封接阻抗。Rs通常为1～5MΩ，如果Rseal高达10GΩ（1010Ω）以上时，IP/I=Rseal/(Rs+ Rseal)-1。此Ip可为在I－V转换器（点线）内的高阻抗负反馈电阻(Rf)的电压降而被检测出。
药品和试剂： 根据不同的实验设计选择不同的药品和试剂。 主要仪器设备与材料： ①屏蔽防震实验台(TMC 63-544) ②数字式超级恒渐浴槽（HSS-1 CHENDU INSTRUMENT China） ③微管电极拉制器（PP-83 NARISHIGE Japan） ④微管电极抛光仪（ME-83 NAEISHIFE Japan） ⑤电子刺激器（SEN-2030, NIHON KOHDEN, Japan） ⑥膜片钳放大器（AXOPATCH 200B Axon Instruments U.S.A） ⑦倒置相差显微镜（AXIOVERT 135 ZEISS Germany） ⑧计算机（PⅢ 800） ⑨A/D、D/A转换器（DIGIDATA-1200 Axon Instruments U.S.A） ⑩pClamp软件（10.0）Axon Instruments U.S.A ) 实验对象： 兔、大鼠、猪、和人的组织细胞（直径小于30μm的细胞），都可用于膜片钳实验。动物由泸州医学院（许可证号：SYXK（川）2008-063）提供；人体组织来源于临床手术丢弃物。本SOP以猪冠状动脉平滑肌细胞为例，选取体重约120～150 Kg的猪，雌雄不拘，猪心脏购自泸州市屠宰场。 实验环境： 常温（22o C）下进行, 湿度（70-80%） 操作步骤： 1.液体配制 主要根据研究通道的不同，所用细胞的不同，配制相应的液体，可参考相应的文献进行调整。包括：电极液；细胞外液等。基本原则是保持2个平衡，渗透压平衡和酸碱平衡。另外，所有液体在使用前必须过滤，以保持液体洁净。（详见细胞的分离与培养SOP：L Y-XJD-SYJS-014/015） 2.标本制备 膜片钳实验一般是在单个细胞上进行。实验用单细胞主要来自培养细胞或急性酶分离的细胞，也可来自脑片细胞中的原位细胞。常用的酶是胶原酶和蛋白酶，
心脏离子通道病的治疗与预后
心脏离子通道病的治疗与预后 发表时间：2012-12-05T10:20:19.000Z 来源：《中外健康文摘》2012年第31期供稿作者：李焱鑫[导读] 近年来，分子生物学和遗传学研究已发现离子通道缺陷与某些心脏、肾脏和神经系统疾患密切相关。李焱鑫（黑龙江省大兴安岭地区加格达奇区人民医院红旗社区医疗服务站 165000）【中图分类号】R322.1+1【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）31-0166-02 【关键词】离子通道病治疗预后近年来，分子生物学和遗传学研究已发现离子通道缺陷与某些心脏、肾脏和神经系统疾患密切相关。离子通道病(ion channelopathy，ICP or ion channel disease，ICD)是指由于细胞膜离子通道的结构和/或功能异常所引起的疾病，亦称为离子通道缺陷性疾病。心肌细胞离子通道(ion channels)是一种跨细胞膜蛋白质分子组成的特殊通道，选择性允许一些离子通过。通道的开放和关闭受电压门控或化学门控。心肌细胞的主要离子通道有钠通道、钾通道、钙通道和氯通道等，当离子通过开放的通道即形成离子电流，电流的方向是以阳离子通过细胞膜的方向来命名。阳离子内流和/或阴离子外流时形成的电流为内向电流，与细胞膜的除极化相关；而阳离子外流和/或阴离子内流时形成的电流为外向电流，与细胞膜的复极化或超极化相关。 1.分型 心脏离子通道病分为原发性和继发性两类，前者为先天性离子通道缺陷性疾病；后者为某些疾病(如缺血性心脏病、充血性心力衰竭等)引起的离子通道数目、功能和/或结构异常。原发性离子通道病包括原发性长QT综合征(1 2 4～6型为钾通道编码异常、Ikr和Ikx降低；3型为钠通道编码异常、INa增强）Brugade综合征(钠通道编码异常、INa降低）原发性短 QT综合征(钾通道编码异常、Ikr增强）特发性J波综合征、特发性心室颤动、家族性阵发性心室颤动、家族性猝死综合征等。“离子通道病”或“SCN5A病”最重要的特征是：同一基因上的突变可引起很多表型，而几种疾病表型间具有相似性(男性患者多发、高度致命性、心脏事件常发生于睡眠时和对β阻滞剂抵抗等)。有学者将遗传性心律失常和遗传性心肌病统称为遗传性心脏猝死综合征(inherited SCD syndroMe)。 2.基因突变与心律失常 越来越多的心律失常被证实与基因异常有关，其中多数为心脏离子通道异常，少数为非离子通道异常；一部分属于单基因异常，另一部分属于群体多基因遗传。致病基因(病变基因)可通过2种方式引起心律失常相关性疾病：(1)致病基因可通过胚胎发育而使病人患伴有心律失常的家族遗传性心血管病；(2)致病基因使病人对外源性致病因素有遗传易感性，最终患冠心病、高血压病等遗传相关性心血管病，而后者又有较高的心律失常发生率。基因突变改变离子通道功能的机制包括：(1)负显性效应：突变蛋白抑制野生型蛋白，使其具有功能的通道数不足50％；(2)单倍体不足：突变蛋白与野生型蛋白质之间不发生相互作用，从而使有功能的通道数目减半；(3)转运缺陷：突变蛋白阻滞在细胞内某个部位，不能到达细胞膜；(4)通道动力学改变：如突变蛋白电流灭活加速等；(5)内含子突变导致拼接异常：改变氨基酸序列或形成终止密码。 1995年Keating研究组划时代地确定了长QT综合征(LQTS)与心脏离子通道基因突变相关，开始了心律失常基因机制研究的新纪元。至今至少确定了12个单基因突变引起的心律失常。研究最多的是LQTS、Brugada综合征、儿茶酚胺依赖型多形性室速心动过速(CPVT)的相关基因，其次是短QT综合征(SQTS）致心律失常性右室心肌病(ARVC)的致病基因，另外还发现病窦综合征(SSS）家族性心脏传导阻滞、家族性心房颤动发病的可能基因。 3.离子通道病与心律失常 心肌细胞离子通道与心律失常(下表)的主要关系为：(1)离子通道功能异常时，可引起冲动发生异常和/或冲动传导异常性心律失常；(2)离子通道病常伴发严重心律失常；(3)抗心律失常药物常通过离子通道纠治心律失常或致心律失常。 冲动发生异常性心律失常包括自律性异常性心律失常和触发活动性心律失常。心肌细胞离子通道与冲动发生异常性心律失常的关系包括： (1)心肌细胞自律性正常与自律性异常性心律失常：与心肌细胞自律性相关的离子通道有外向衰减钾离子通道、内向起搏钠离子通道、钠/钙交换离子通道、内向T型和L型钙离子通道，以及慢钙内流钙离子通道等。在正常生理情况下，上述离子通道功能正常，心肌细胞自律性正常而形成窦性心律。当各种病因或诱因侵袭上述离子通道并引起其功能异常时，即可引起心肌细胞自律性异常，产生窦房结自律性异常和异位自律性异常性心律失常。 (2)触发活动性心律失常：由早期后除极和/或延迟后除极引起，前者与L型钙离子通道及钠离子通道相关，后者与非选择性阳离子通道和钠/钙交换离子通道相关。当上述离子通道在各种病因或诱因侵袭时发生功能异常，过多的钙离子进入细胞内，即可引起早期后除极、延迟后除极和触发活动性心律失常。 心肌细胞的传导性取决于多种因素，而离子通道是影响传导速度的重要因素。如浦肯野氏纤维的钠离子通道密度最高，兴奋后形成O 相除极速度快、幅度高，形成的局部生物电流大，故传导速度最快(2～5M/s)；而心房肌和心室肌细胞的钠离子通道密度较低，因而兴奋后的传导速度较慢(0.2～0.5M/s)；决定窦房结和房室结细胞兴奋和传导的主要是钙离子通道，传导速度最慢(0.2～0.05M/s)。当各种生理或病理因素引起上述离子通道的密度和功能降低时，即会发生各种传导阻滞；如若发生单相传导阻滞时，又可促发折返性心律失常等快速性传导异常性心律失常。 4.表型与基因型的关系 表型与基因型之间并非一定是一一对应的。有相当一部分突变基因携带者心电图表现正常，如32％的LQTS突变基因携带者QTc在正常范围内，但他们较正常人群更易于发生心律失常；同样的表型可由多种基因突变引起，如LQTS有多个致病基因；同一种基因的不同突变或同一突变又可导致不同的临床表型，如心脏钠通道基因SCN5A突变可导致3种疾病：LQTS、Brugada综合征和家族性进行性心脏传导系统疾病，由此可见同样的单基因突变，由于突变位点的微小差异和/或微环境的改变，临床表现型复杂多变。目前发现的只有一种基因突变引起Brugada综合征，只占临床表型的20％。此外，同一基因型可引起表型的重叠，临床心律失常间歇性发作的机制尚不清楚。目前认为修饰基因、环境因素、心脏结构改变均参与基因型与表型间的表达，而离子通道表达自身稳定性调节(正、负反馈机制)也在维持心肌细胞稳定电生理表型中起重要作用。 5.治疗进展
膜片钳技术
2008级硕士研究生膜片钳技术试题 请用A4纸书面手写，严禁抄袭。下学期开学后两周内交于先知楼2002室陆巍老师处，过期不侯！ 问答题（共100分） 1、什么是膜片钳技术？它的基本工作原理是什么？ 答：膜片钳技术是以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞上单一的（或多个的）离子通道分子活动的技术，具体说来就是利用微玻管（膜片电极或膜片吸管）接触细胞膜，以吉欧姆（GΩ）以上的阻抗使之封接，使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域（膜片）与其周围在电学上绝缘，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子电流（pA级）(10-12A)进行监测记录的方法。 膜片箝的基本原理是：用一个尖端光洁、直径约0.5-3um的玻璃微电极同神经或肌细胞的膜接触而不刺入，然后在微电极的另一段开口施加适当的负压，将与电极尖端接触的那一小片膜轻度吸入电极尖端的纤细开口，这样在小片膜周边与微电极开口的玻璃之间形成紧密封接，在理想状态下电阻可达数十兆欧。实际上把吸附在微电极尖端开口的那小片膜同其余部分的膜在电学上完全分开，如果这小片膜上只含一个或几个通道分子，那么微电极就可以测量出单一开放的离子电流或电导，对离子通道的其他功能进行研究。 2、膜片钳记录方法分为四类？各有何特点？ 答：膜片箝有四种分类： （1）单通道记录法-细胞吸附模式（Cell-attached Mode） 微电极在显微镜下贴近细胞后，给微电极施加一负压，形成高阻抗封接。此时可看到背景噪音明显减少，通常选取电极下仅有一个通道的膜片进行分析，即单通道记录，以利于不失真的观察一个通道的活动状态。该方法的优点是对细胞膜结构和调制系统干扰最小，能准确反映通道的活动状态并对此进行客观分析。但缺点是电流小，分辨率地，对技术要求高，难度较大，且工作量大而成功率又较低。 (2)全细胞记录法(Whole-cell recording) 在高阻抗封接做好后，再给一个很小的负压，将电极覆盖的膜吸破，使电极内与整个细胞内相通，用这个方法可记录进出整个细胞的电流。该方法的优点是电流大，信噪比好，既可以做电流钳制又可以做电压钳制，且可以改变细胞内容物。但此法只能用于直径小于3μ的细胞，且仅能观察膜电流的变化，不能分析变化的产生机制。 (3)膜内面向外式（Inside-out） 按照细胞密着式将电极封接好之后，再将电极拉开，使之与胞体脱离即可，也是用以记录封在电极尖端口下的膜片中的离子通道电流。是在细胞吸附式的基础上改进而成。其优点是可以观察化学因素对细胞膜内侧面结构的影响，但其操作难度较高。 (4)膜外面向外（Outside-out）在全息胞记录式的基础上，拉开电极使之与胞体脱离，这是附在电极尖端的膜片又可自动地将电极尖端口封住。此膜片的外侧面向外其是在全细胞记录的基础上改进而成，优点是可以分别观察化学因素对细胞膜外侧面结构的影响。 3、膜片钳技术的应用范围有哪些？ 答：应用膜片钳技术可以直接观察和分辨单离子通道电流及其开闭时程、区分离子通道的离子选择性,同时可发现新的离子通道及亚型,并能在记录单细胞电流和全细胞电流