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【教材解析】浅析离子通道参与的抑制神经兴奋物质的作用机理 |
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来源:仪征中学 时间:2024-11-28 |
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在神经兴奋的传导或传递中,细胞膜上的“离子通道”是局部电流产生的重要结构基础,具有重要的生理功能。离子通道按激活机制划分,主要分为以下几类:
① 电压门控性通道,又称电压依赖性或电压敏感性离子通道。该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。
② 配体门控性通道,又称化学门控性离子通道或递质敏感性通道,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(如门冬氨酸受体通道等)。配体-门控通道实际上是离子通道型受体(一类自身为离子通道的受体),可以是乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体等阳离子通道,也可以是甘氨酸、γ-氨基丁酸的受体等阴离子通道。
③ 机械门控性通道,又称机械敏感性离子通道,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,如某些离子通道就是自主神经系统中感觉神经元的血压传感器。
很多外在药物(如通道阻滞剂和通道激活剂等)可以影响离子通道的开放和关闭,阻滞或促进通道的失活 。影响钠离子通道的常用药物或毒素有 Na+通道阻断剂(河豚毒素、石房蛤毒素)、活化抑制剂(局麻药普鲁卡因 、利多卡因、苯妥英钠、卡马西平等)、电压门控调制剂(蝎毒、海葵毒素、箭毒蛙毒素、藜芦碱、乌头碱、除虫菊酯等)。它们影响通道的激失活过程,故又称闸门调制剂。钙离子通道分为受体激活的钙通道和电压依赖的钙通道。临床常用的钙拮抗剂(也叫钙通道阻滞剂)有硝苯吡啶、异搏定、硫氮唑酮、尼群地平等。维拉帕米、普尼拉明是最早发现的钙通道阻滞药。钾通道阻滞剂种类很多,有无机离子(如Cs、Ba等)、有机化合物(如四乙胺、4-氨基吡啶等)、多种毒素(如蝎毒、蛇毒、蜂毒、蜘蛛毒素等)以及目前临床治疗药物(如盐酸胺碘酮、多非利特、索他洛尔、磺酰脲类降糖药等。
高级神经活动的基本过程有兴奋和抑制。在任何反射活动中,中枢内既有兴奋活动,又有抑制活动。下面以常见的抑制性神经递质、麻醉药物、神经毒素、杀虫剂等为例,探讨其抑制神经兴奋的作用机理,尤其是其中涉及到的与细胞膜离子通道的关联。
抑制性递质,指抑制性突触的化学神经递质。在中枢神经系统中有γ- 氨基丁酸,甘氨酸和多巴胺等。但是,有如乙酰胆碱在神经肌肉接头处是兴奋性递质和在心脏的迷走神经末端是抑制性递质那样,化学递质是兴奋性还是抑制性,并不是由物质决定的,而是取决于它所作用的突触下膜的离子通透性和细胞内的离子浓度(主要是氯离子)。抑制性突触前神经元轴突末梢兴奋,突触前膜释放抑制性神经递质,此递质与突触后膜特异性受体结合,特别是使Cl-通道增加。Cl-内流使突触后膜的膜电位增大(如由-70 mV增加到-75 mV),出现超极化,称为抑制性突触后电位。此时,突触后神经元不易去极化,不易发生兴奋,表现为突触后神经元活动的抑制。
氯离子是体内最重要最丰富的阴离子,起着各种生理学作用。氯离子通道组织分布广泛,参与了众多的生理过程包括细胞体积的调节、膜电位的稳定性调节、信号转导以及跨上皮运输等。在膜系统中,特殊神经元里的氯离子可以调控甘氨酸和γ-氨基丁酸的作用。依调控机制将哺乳动物体内的氯离子通道分为5类:
① 囊性纤维化跨膜转导调控因子,由环腺苷酸(cAMP)依赖的磷酸化激活;
④ 配体门控氯离子通道,主要由γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸激活;
以γ- 氨基丁酸(GABA)为例,它是一种天然存在的非蛋白质氨基酸,是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经传达物质,抑制中枢神经系统过度兴奋,对脑部具有安定作用,在控制疼痛方面具有重要作用。GABA可被氨基丁酸转氨酶降解而失活。在突触前神经细胞内合成后,贮存在突触小泡内,以防被胞浆内其他酶系所破坏。当兴奋抵达神经末梢时,GABA通过胞吐作用释放到突触间隙,并与位于突触后膜上的 GABA 受体结合。该受体是膜上某些离子的通道。当GABA与受体结合后通道开启,使阴离子内流,膜内外电位差增大,造成超极化。膜电位依然保持静息状态的外正内负,使另一个兴奋性的冲动到达该突触时达不到阈值电位,因此突触后膜部位没有能产生冲动继续传递兴奋,从而抑制突触后神经细胞兴奋的产生。
GABA受体主要有GABAA受体、GABAB受体和GABAC 受体 3 种。GABA 的不同生理功能的发挥依赖于不同受体的结合。其中,GABAA 受体是细胞膜上的化学门控通道,属促离子型受体 ,受体蛋白本身就是离子通道。与GABA结合后,导致Cl-通道开放,引起神经元的抑制。GABAA的激活可通过氯离子的流入、细胞膜的超极化和兴奋性信号的分流而降低神经元的兴奋性,引起快速短暂的突触后电流而产生神经系统的抑制作用。该受体激动剂为蝇蕈醇和槟榔次碱,抑制剂为荷包牡丹碱和印防已毒素。GABAC受体存在于视觉的神经通路中,属配体门控氯离子通道,通过开启氯离子通道产生和抑制效应。其特点是对GABAA 受体抑制剂荷包牡丹碱和 GABAB 受体特异性激动剂氯苯氨丁酸皆不敏感,而能被GA BA类似物和4-氨基巴豆酸激活。此外,蝇蕈醇也是 GABAC 受体的选择性激活剂,印防己毒素、咪唑-4-乙酸是GA⁃ BAC受体的抑制剂。
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