四内向整流钾通道及其在心肌细胞电活动中的重要意义

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整流是一种物理现象,指正方向的导通远远大于逆方向的导通。就电学而言,指的是电流在导体内流动时,正方向的电导(conduction)远远大于逆方向的电导。从钾离子流来说,当膜电位处在钾的电-化学平衡电位(EK)时,净跨膜钾流为零。当膜电位负于EK时,K+内流;而当膜电位正于EK时,K+外流。前者为内向电流,后者为外向电流。如果不存在整流现象的话,钾流的电流-电压关系应是一条直线或基本上是一条直线。图4-2是兔心室肌细胞IK1电流的电流-电压关系曲线。横轴是膜电位,0左侧细胞内为负,0右侧细胞内为正。纵轴是膜电流,本图为IK1钾电流,0以下为内向电流,0以上为外向电流。从本图可以看出,当膜电位负于-80mV时(超极化),IK1的K+流呈直线向下的内向电流。当膜电位去极化时,IK1的K+流没有按内向电流的斜率呈直线向上的外向电流,而是趋向平坦,也就是向下移位或内向移位,这就是内向整流现象,故IK1钾流又称为内向整流钾流。图4-2兔心室肌细胞IK1电流的电流-电压关系曲线实验证明,IK1通道的内向整流现象并非由于门控活动引起,而是膜电位去极化时,细胞内的Mg2+和多胺(如腐胺、亚精胺、精胺)移向IK1通道内口并堵塞之,钾离子不能循IK1通道外流,从而出现内向整流现象。在实验中,如果移去细胞内的Mg2+和多胺,则IK1通道的内向整流现象消失。快反应心肌细胞在静息电位(或最大舒张电位)水平时,IK1通道处于开放状态。在动作电位去极化的过程中,由于内向整流现象,IK1通道逐步被堵塞,到去极化达-20mV以上时,IK1通道几乎完全被堵塞,K+通过IK1通道的外流量几乎为零。正由于IK1通道的内向整流特性和IK通道的延迟激活特性,细胞内K+很难流出细胞外,造成复极化困难而使动作电位呈现平台期。当动作电位因IK外流而复极时,由于细胞膜内电位逐渐变负,内向整流现象逐步解除,细胞内K+离子可以经Mg2+通道外流。由于这时电-化学驱动力较大,K+经IK1通道外流的量比静息电位时还大,促进动作电位的完全复极。嗣后,又回复到静息电位状态(图4-3)。快反应细胞中的心房肌细胞,由于瞬时外向钾流Ito比较大,持续到动作电位2期,使2期中仍有足够量的K+外流,引起复极化,所以心房肌细胞的动作电位没有明显的2期和3期之分,也不能形成平台。图4-3心室肌细胞的细胞动作电位时程中IK1电流幅值的变化慢反应心肌细胞的细胞膜上IK1通道比较贫乏或甚至缺如,所以不仅其最大舒张电位较正,其动作电位也不存在平台期。

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