心肌细胞的离子通道与药物的选择复习过程
离子通道和心脏疾知识讲解
（五）离子通道在生命科学中的作用
1、通道与疾病
通道亚单位的
基因突变或表 达异常
结构或 功能异常
如:氯离子通道疾病(囊性纤维化病)
离子通道的功能减弱 或增强，导致机体生 理功能紊乱
因基因突变 氯离子通道的缺陷 必将影响外分泌腺 导管上皮细胞膜对 氯离子的通透性减 低，从而导致囊性 纤维化病的出现
北欧人群中致死性隐性遗传 氯离子通道疾病----囊性纤维化病
快钠通道：少量钠通道开放，钠离子循电化学梯度内流，达到快钠 通道的阈电位时快钠通道开放，钠离子大量内流，导致膜的去极化。 去极化反而又促进快钠通道开放，钠离子内流。当达到钠平衡电位 时，钠离子流动结束。快钠通道可被河豚毒选择性阻断。
慢钠通道：失活很慢，存在于心肌细胞中
Ito通道：激活道：
内向整流钾通道Ik1：没有门控，不受膜电位的控制，也不受激动剂的 控制，开放程度受膜电位影响。静息电位的膜电位水平，处于开放状 态钾离子经此通道外流，是细胞膜内负电，膜外正电的基础；静息电 位基础上，如果膜电位进一步超极化，细胞膜内电位更负，那么钾离 子顺此通道内流，超极化越大，内流越多；静息电位基础上，去极化 时，钾离子却不能成比例外流，而是去极化时该通道通透性降低，钾 离子外流减少，当膜电位去极化到-20mV时，钾离子外流量几乎为零。 这种现象的原因是：膜电位去极化时，细胞内的镁离子和多胺类物质 （如腐胺，亚精胺，精胺）移向该通道，堵塞所致；当膜电位复极化 到接近静息电位时，内向整流现象解除。
常染色体隐性遗传病：由于大量粘液阻塞全身外分泌腺所致 慢性阻塞性肺疾病和胰腺功能不全, 表现为慢性咳嗽、反复 发作的难治性肺部感染等.
2、离子通道与药物研发
5000个潜在药 物靶标中，离子 通道类药物靶点 大约占15%。首次 发现天然的钙通 道阻滞剂Rb1，现 在正在研发阶段。
临床药理第四篇心血管系统药理重点知识复习总结
第四篇心血管系统药理5大类药物和5大类心血管疾病▪钙通道阻滞药（CCB）▪影响肾素-血管紧张素系统的药物(ACEI和AT1-阻)▪β-受体阻断剂(β-阻)▪硝酸酯类药物▪利尿药第二十一集离子通道概论及钙拮抗药第一节离子通道概论一．概念离子通道——是细胞膜中的跨膜蛋白，对某些离子能选择性通透，其功能是细胞生物电活动的基础。
具有三个关键特征：通透性；选择性；门控。
二．分类按照离子选择性的不同：①钠通道Na+ ②钾通道K+ ③钙通道Ca2+ ④氯通道Cl-按照激活方式的不同：①电压门控离子通道②化学门控离子通道电压门控离子通道：膜电压变化激活的离子通道。
与膜电位和电位变化的时间有关化学门控离子通道：由递质与通道蛋白质分子上的结合位点相结合开启（一）钠通道钠通道是选择性允许Na+ 跨膜通过的离子通道。
均为电压门控离子通道。
主要功能：维持细胞膜兴奋性及其传导1.分类心肌类钠通道：分为慢钠通道和快钠通道慢通道参与维持心肌动作电位的2相平台期；快通道引起动作电位的0期去极化。
另外还有神经类钠通道和骨骼肌类钠通道2.钠通道的特征：①电压依赖性：钠通道激活的阈值很低，在弱去极化时（如-70mV）即可使其激活。
②激活和失活速度都很快内向钠电流（INa+）仅持续数毫秒。
③有特异性激活剂和阻滞剂（二）钙通道钙通道是选择性允许Ca2+内流的离子通道,是调节细胞内Ca2+浓度的主要途径。
存在电压门控钙通道和化学门控离子通道,后者主要存在于细胞器膜上，了解较少。
存在于机体各种细胞，广泛参与多种功能。
1.分类（电压门控钙通道）①L-型钙通道▪心血管系统细胞膜上密度最高,是细胞兴奋时Ca2+内流的最主要途径；▪影响心肌兴奋收缩耦联及血管舒缩的关键环节；▪神经递质.激素.自身活性物质及第二信使的主要靶点。
钙通道阻滞药即作用于此类钙通道。
②T-型钙通道在心肌动作电位的形成中作用不大，主要参与心脏自律性和血管张力的调节。
2.特征（电压门控钙通道）①电压依赖型各通道开放所需电压不同②激活速度缓慢(20-30ms):失活速度(100-300ms)慢于激动。
心肌细胞 离子运输
心肌细胞离子运输
心肌细胞在心脏收缩和舒张的过程中，离子运输是非常重要的。
下面是心肌细胞中主要的离子运输过程：
钠离子（Na+）：心肌细胞内外浓度差异导致钠离子会从细胞外部向内部扩散，这个过程需要依赖Na+/K+泵和钠离子通道。
在心肌细胞的肌动蛋白激活和收缩期，钠离子通道会打开，使钠离子快速进入心肌细胞，引起细胞膜电位的快速上升。
钾离子（K+）：心肌细胞中的钾离子主要是通过K+离子通道和Na+/K+泵进行运输。
在心肌细胞的舒张期，钾离子通道会打开，使钾离子快速从心肌细胞内部流出，引起细胞膜电位的快速下降。
钙离子（Ca2+）：钙离子在心肌细胞中是一个重要的信号分子，通过Ca2+通道和Ca2+-ATP 酶进行运输。
在心肌细胞收缩期，钙离子通道会打开，使钙离子进入心肌细胞，与肌球蛋白结合，促进心肌细胞的收缩。
氯离子（Cl-）：心肌细胞中的氯离子主要通过Cl-通道进行运输。
在心肌细胞的舒张期，氯离子通道会打开，使氯离子快速进入心肌细胞，帮助细胞膜电位的下降和肌肉的松弛。
总之，心肌细胞中的离子运输对于心脏的正常收缩和舒张起着至关重要的作用，通过细胞膜上的各种离子通道和运输蛋白的作用，使得心肌细胞内部和外部的离子浓度得以平衡，实现心肌细胞的正常功能。
心肌细胞电活动的三个过程
心肌细胞电活动的三个过程
心肌细胞电活动的三个过程分别是离子通道开放、离子通道关闭和电
位恢复。
这些过程密切影响着心肌细胞的兴奋性和传导性，维持了心
脏的持续准确的跳动。
一、离子通道开放
在心脏动作电位的上升期间，钠通道迅速开放，导致钠离子进入心肌
细胞内部，这被称为钠电流。
这导致细胞内电位的快速增加。
随后，钙通道也会开放，导致钙离子流入细胞内部。
这被称为钙电流，与钠电流共同导致细胞内电位的不断升高直到达到峰值。
二、离子通道关闭
一旦心肌细胞达到峰值，钠通道和钙通道都会迅速关闭，细胞内电位
开始下降。
与此同时，钾通道也会开放，导致钾离子外流，称为钾电流。
这个过程持续了长达数百毫秒。
三、电位恢复
当心肌细胞内部的电位回到静息状态时，离子通道将再次关闭，而细
胞内离子的浓度也将逐渐回到原来的水平。
这个过程被称为电位恢复
或者复极化。
总的来说，这三个过程组成了心肌细胞电活动的基本过程。
任何一个
环节出现问题都可能导致心律失常和其他心脏疾病的发生。
因此，研
究这些过程的机制和调节是非常重要的，特别是在治疗心脏病的过程中。
总结起来，心肌细胞的电活动过程可以分为三个基本步骤：离子通道
开放、离子通道关闭和电位恢复。
这些过程合作组成了心脏动作电位，不断地维护着心脏的持续跳动。
通过加深对这些过程的了解，有助于
更好地治疗心脏相关疾病，从而改善人们的生活质量。
离子通道概论及钙通道阻滞药
（二）根据选择通透的离子分类 钠通道、钙通道、钾通道、氯通道
钠通道(sodium channels)
功能：维持细胞膜兴奋性及传导性
均为电压门控离子通道。已克隆9种基因
位置：心脏、神经、肌肉细胞
特征：①电压依赖性 激活、失活速度快 有特异性激动剂和阻滞剂
钙通道(calcium channels)
*
Chapter 21 离子通道概论及钙通道阻滞药
Introduction to Ion Channels & Calcium Channel Blockers
第一节 离子通道概论
*
位置：细胞膜蛋白质 功能：离子进出细胞之用 意义：电活动的基础（RP、AP） 调节：膜电位，受体 分类：电压门控、化学门控； Na+，K+，Ca2+，Cl- 等 状态：静息，激活，失活
失活态：通道关闭，不能被激活。 硝苯地平：具有疏水分子 延长失活时间
细胞膜外侧
*
Nif
失活态(d=1, f=0)
Patch-clamp(膜片钳)技术
*
探头
计算机
模数转换
膜片钳放大器
样品池
单细胞
Patch-clamp(膜片钳)技术
*
01
K+
02
Ca2+
03
Na+
04
+
05
+
06
电极
07
电极
二、离子通道的特性
*
选择性（selectivity）
01
Na+通道，K+通道，Cl-通道, Ca2+通道 门控性（gating）
3、心律失常：室上性心动过速首选维拉帕米 4、脑血管疾病： 尼莫地平、氟桂利嗪等用于脑血管痉挛、血管性头痛 5、其他： 雷诺病—尼莫地平、硝苯地平 预防动脉粥样硬化 支气管哮喘、急性胃肠痉挛性腹痛、痛经等—维拉帕米 对抗肿瘤药物耐药性（肿瘤耐药逆转剂）—维拉帕米
D4章 D2节心肌生物电
心律失常的诊断与治疗
心电图检查：诊断心律失常的主要方法 药物治疗：抗心律失常药物的使用 射频消融术：治疗心律失常的一种微创手术 起搏器植入：治疗严重心律失常的一种方法
心肌细胞电生理特性的研究进展
心肌细胞电生理特性的研究历 史
心肌细胞电生理特性的研究方 法
心肌细胞电生理特性的研究成 果
心肌细胞电生理特性的研究应 用
心律失常：心肌细 胞电兴奋传播异常 导致心脏节律紊乱
心室颤动：心肌细 胞电兴奋传播异常 导致心脏无法有效 泵血
心源性猝死：心肌 细胞电兴奋传播异 常导致心脏骤停危 及生命
心脏神经调节
自主神经：交 感神经和副交 感神经对心肌 生物电的影响
神经递质：肾 上腺素、去甲 肾上腺素等神 经递质对心肌 生物电的影响
电兴奋的传播速度与方向
心肌细胞膜上的电兴奋传播速度约为1-2m/s 电兴奋在心肌细胞间的传播方向是沿着细胞膜的电位梯度方向 电兴奋在细胞间的传播是通过细胞间的缝隙连接实现的 电兴奋在细胞间的传播速度受到细胞膜电导和缝隙连接密度的影响
电兴奋传播的异常情况
传导阻滞：心肌细 胞之间的电传导受 阻导致心脏功能异 常
心肌细胞膜的离子通道
钠离子通道：负责钠离子的进出影响心肌细胞的兴奋性 钾离子通道：负责钾离子的进出影响心肌细胞的静息电位 钙离子通道：负责钙离子的进出影响心肌细胞的收缩和舒张 氯离子通道：负责氯离子的进出影响心肌细胞的电导率
心肌细胞的电兴奋过程
பைடு நூலகம்
心肌细胞膜上的离 子通道：钠离子通 道、钾离子通道、 钙离子通道等
心脏电生理： 窦房结、房室 结、浦肯野纤 维等心脏电生 理结构对心肌 生物电的影响
心脏疾病：心 律失常、心肌 缺血等心脏疾 病对心肌生物
细胞膜离子通道的生理调控及其在药物研究中的应用
细胞膜离子通道的生理调控及其在药物研究
中的应用
细胞膜离子通道是细胞膜上一种常见的跨膜蛋白，它们通过选择性通透离子的
方式，调节细胞内外离子浓度差，从而维持体内生理活动的运转。
离子通道的开放程度由各种因素影响，如电压、化学信号、温度、pH等。
电压门控离子通道是一类被广泛研究的细胞膜离子通道，它们通过感受细胞膜
电位变化来开放或关闭。
电压门控钾离子通道是其中最为重要的一类。
在神经系统中，它们调节神经元的兴奋性，而在肌肉系统中，则控制着肌肉细胞的收缩与松弛。
化学门控离子通道则可以通过调节特定的化学物质，如神经递质、荷尔蒙、药
物等，来调节它们的通透性。
这类离子通道被广泛用于药物研究，其中最为经典的就是Na+通道和Ca2+通道的调控研究。
在药物研究中，细胞膜离子通道的生理调节机制在药物筛选和设计中起着重要
作用。
特定的离子通道和其在药物治疗上的作用已经被广泛研究。
例如，Na+通道
和Ca2+通道对神经系统疾病如疼痛、癫痫等起着关键作用；而K+通道则与心血管系统的疾病如心律失常、肥厚性心肌病等联系密切。
在药物研发中，常常需要通过针对特定通道的药物来治疗疾病。
例如，钠通道
阻滞剂、钙通道阻滞剂和钾通道阻滞剂在治疗神经和心脑血管系统疾病方面已经取得了显著的成果。
同时，细胞膜离子通道的药理研究也同时得到了重视。
通过研究药物与其作用
靶点相互作用的机理，药物分子的设计和优化可以得到快速和高效的实现。
因此，对于细胞膜离子通道的生理调节和药物研究的深入研究可以为众多疾病
的治疗提供新的思路和方法，也为药物工业的持续创新提供了有力的支持。
心脏离子通道药理(一)
心脏离子通道药理(一)心脏离子通道药理是一门研究心脏离子通道的药物作用机制和应用的学科。
心脏离子通道药理的研究对于治疗心律失常等心脏疾病具有重要的意义。
下面从心脏离子通道药理的定义、离子通道药物作用机制、影响离子通道药物的因素、心脏离子通道药物的临床应用等方面来探讨心脏离子通道药理的相关知识。
一、定义心脏离子通道药理是一门研究心脏离子通道的药物作用机制和应用的学科。
其中的离子通道指的是心肌细胞膜上的离子通道，这些离子通道通过调节离子在细胞内外的流动，影响心肌细胞动作电位的形成和传导，进而影响心脏的收缩和功能。
二、离子通道药物作用机制心脏离子通道药物可通过以下机制影响心脏离子通道的功能：1、直接作用于离子通道，改变通道的功能状态，如钾离子通道抑制剂阿米达林等。
2、通过调节细胞膜电位，改变离子通道的打开或关闭状态，如钙离子通道拮抗剂硫酸氨基比林等。
3、通过与离子通道结合，改变配体的结合和离开，影响通道活性，如钠离子通道拮抗剂普鲁卡因等。
三、影响离子通道药物的因素心脏离子通道药物的药效和安全性受多种因素影响，包括药物的化学性质、剂量、给药方式、药物代谢和排泄以及个体差异等因素。
其中，药物的化学性质和药物的剂量是对药物作用最直接、最重要的两个因素。
药物的化学性质直接关系到药物在体内的稳定性、代谢途径、药物靶向以及不良反应等。
而药物的剂量则是对药物效果和安全性最直接的一个因素，用药时应遵医嘱，不可随意改变药物剂量或给药方式。
四、心脏离子通道药物的临床应用心脏离子通道药物在临床上主要应用于治疗心律失常、心绞痛和心力衰竭等心脏疾病。
常用的心脏离子通道药物包括β受体拮抗剂、钙离子通道拮抗剂、钠离子通道拮抗剂和钾离子通道抑制剂等。
这些药物通过不同的机制影响心脏离子通道的功能，从而达到治疗心脏疾病的目的。
总之，心脏离子通道药理是一门重要的学科，它的研究对于治疗心脏疾病具有重要的作用。
在临床上，要结合患者的具体情况，选择合适的药物和剂量，从而达到最好的治疗效果和安全性。
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心肌细胞膜的离子通道种类、结构 及功能
钾通道：分为二个不同类型，即电压门 控钾通道（K）和内向整流性钾通道 （KI），其中对KI 3相复极时为K，维持 静息膜电位为KI。其中KI在解释LQTS和3 类抗心律失常药物机制中有重要作用。
心肌细胞膜的离子通道种类、结构 及功能
钾通道种类
Ito1 电压依赖钙不敏感瞬间外向钾流
Ito2 电压依赖钙敏感瞬间外向钾流
Ikur 超快速延迟整流性外向钾流
Ikr 快速延迟整流性外向钾流
Iks 缓慢延迟整流性外向钾流
Ikp Ik1
平台期外向钾流 内向整流性钾流
IKATP IKACh
ATP敏感性钾流 乙酰胆碱激活钾流
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
Extracellular K+ ClNa+
Ca++ Na+
Na+
Na+
K+ Cl-
Ca++
K+
ATP
K
+
ATP
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
Properties of ion channels
离子通道的特征(Common features of ion channels) • 跨膜蛋白( Membrane-spanning proteins) • 开放和关闭是构象发生改变引发(Opening and
心肌细胞电生理概论
1心肌细胞电活动不同于神经原、骨骼肌
神经原细胞 细胞
骨骼肌细胞
心肌
心肌细胞电生理概论
心肌细 胞
工作细胞
快反应细胞 自律细胞
慢反应细胞
心肌细胞电生理概论
静息膜电位:位于细胞膜上钠-钾泵主动转 运钾离子进入细胞内造成细胞内钾远高 于细胞外,而细胞外钠离子高于细胞内,由 于细胞膜对钾离子具有相对高的通透性, 由此钾离子跨过细胞膜,把带负电荷的阴 离子留在细胞内,细胞膜变成带静息电位 差的极化状态。表现为内负外正。
心肌细胞的动作电位
不同的动作电位来自不同的离子流 (浦氏纤维)
心肌细胞的动作电位
起搏细胞离子流
心肌细胞的动作电位
可见心肌电活性由5种不同类型的离子流 组成
（向上为外向电流，向下为内向电流）
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
离子通道是跨膜蛋白组成的孔道，允许 高度选择性离子通过，存在二种状态 （开放和关闭状态）。
心肌细胞的离子通道与药物的选 择
二. 心肌细胞电生理基础
心肌细胞电生理概论 心肌细胞的动作电位 心肌细胞膜的离子通道种类、结构及功
能 心律失常发生的机制
心肌细胞电生理概论
1. 介入治疗基于临床电生理发展 70年代初用于临床，已成熟 2. 药物治疗基于细胞和分子电生理发展 80年代开始，发展较快
closing of a channel involves) conformational change • 离子通过离子通道是被动移动( Flux of ions through the channel is passive)
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
通道的类型(Different types of ion channel )
Resting
Activated
Inactivated
心肌细胞膜的离子通道种类、 结构及功能
钠通道:0相除极由钠通道开放引起,电压 达-60mv时激活,除极第一毫秒内钠流(INa) 快速进入细胞内,但失活门关闭Ina下降缓 慢。存在三种状态：静息态、激活态、 失活态。
心肌细胞膜的离子通道种类、结 构及功能
☺
心肌细胞膜的离子通道种类、结 构及功能
Na+
IV III
I
II
☺ 心肌细胞膜的离子通道种类、结构及功能
钠通道结构示意图
S5/S6 loop – related to ion selectivity S4 – related to voltage sensing
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
模式：有二个阀门，激活阀门和失活阀 门，都开放，离子才能通过。
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
Ion channels are membrane spanning proteins
心肌细胞膜的离子通道种 类、结构及功能
Opening and closing of channels requires conformational change
(2)慢反应细胞:由Ca2+内流而致，去极速度慢， 传导速度亦慢，静息电位低 (-50～ - 70mV)， 其动作电位称为慢反应电位 (图19-1)。 3.AP分为5期 即0、1、2、3、4期。0期为去极过程， 1、2、3期为复极过程。
心肌细胞的动作电位
0期－快Na＋通道被激活：大量Na＋ 内流0期上 升最大速度 (Vmax)表示兴奋传导
心肌细胞的动作电位
1.心肌细胞RP: 心肌细胞在静息期，细胞膜的两侧呈内负
外正极化状态，所测的电位差为静息膜电位 2.心肌细胞的动作电位（AP）:
(1)快反应细胞;由Na+内流所致;去极迅速， 传导速度快，静息电位高 (-80一-95mV)，属 快反应细胞，其动作电位称为快反应电位。
心肌细胞的动作电位
配基门控通道(Ligand-gated ion channels) 电压门控通道(Voltage-gated ion channels) 机械敏感离子通道(Mechanosensitive ion channels) 磷酸化敏感离子通道(Phosphorylation sensitive ion
channels) 孔蛋白(Porins)
钙通道：，由四个亚单位组成。功能为 调节进入细胞内钙离子。钙离子开放和 关闭是连续的猝发状活性，在除极过程 中钙离子流发生在一定时间内（时间信 赖）和一定的电压（电压信赖）。跨膜 的螺旋结构可能是钙阻滞剂的结合位点。 双氢吡啶类、维拉帕米和地尔硫卓分别 结合于通道的N、V、D点。心血管系统 二个类型通道：T和L型。
速度。 1期－ (复极早期)短暂K＋外流(Ito)。 2期－(平台期)L型Ca2+内流；Na＋慢通道内流； 钾外流 ； Na ＋ -Ca2 ＋交换。 3期－ (复极末期) K＋ 外流增多。 4期－ (静息期)此期心肌细胞膜上
Na＋ -K ＋泵工作。
心肌细胞的动作电位
不同的心肌细胞表现不同的动作电位