从“双时钟”理论中不难看出,在细胞膜与肌浆网同时存在着2种“循环”一一细胞膜电位周而复始的升降变化的循环与细胞内肌浆网的Ca2+释放一回收的循环。就“形式”而论,膜电位的升高与降低可以视为一次阴阳变化,而Ca2+的释放与回收在细胞质内也同样表现为Ca2+浓度的升高与降低,这一出一人同样可以视为阴阳的变化。从物质的运动属性出发,趋向于“动”者为阳,趋向于“静”者为阴。对于窦房结起搏细胞来说,从动作电位(AP)角度看,去极化为阳,复极化为阴;从膜电位角度看,电位正向变化者为阳,负向变化者为阴;从离子通道电流方向角度看,内向通道为阳,外向通道为阴。
然而,从动作电位时相考察仅能反应起搏细胞总体性的阴阳状态,并不足以定义每种离子通道的属性。作为一大类细胞内的功能蛋白,离子通道可以至少在两方面定义其属性一一“体”和“用”,顾名思义,“体”即为离子通道的“器质”属性也就是说离子流的方向,依据前文的阴阳定义,电流方向指向细胞质(向细胞质积聚电荷)则为阳,指向细胞外基质或肌浆网则为阴。而“用”即为离子通道的“功能”属性,也就是从心脏起搏频率的角度考察其属性,增大离子通道的电流使起搏细胞APD缩短或者频率加快则为阳,反之则为阴。为了探讨窦房结pacemaker细胞起搏机制中的各种功能蛋白以及中药调节窦性心律的可能机制,笔者参照运动属性的阴阳划分,重新定义了各种离子通道的属性,如表1所示。
在起搏细胞去极化过程中,总电流方向为内向,首先If在4相早期使起搏细胞膜电位缓慢升高,而后T型钙通道(IcaT)和L型钙通道(ICaL)依次开放,伴随着肌浆网RyR}的开放产生。相去极化。随着细胞内Ca2+浓度的上升,钠钙交换体(INa/Ca)被激活,它在向细胞外泵出1个Ca2+的同时向细胞内泵人3个Na+,因而其总电流方向为内向,起到促进细胞去极化的作用。另外,研究表明钠钙交换体抑制剂能够显著延长APD,这也说明了钠钙交换体功能属性为阳,对它的阻断具有一定程度降低心率的作用。上述各通道电流方向指向细胞质,通道的开放促进了起搏细胞去极化,因而器质属性和功能属性皆为阳,故为“体阴而用阳”。
在复极化过程中离子通道种类繁多,总电流方向为外向,但涉及到多种内向、外向电流。快速激活的延迟整流钾通道(1 Kr、缓慢激活的延迟整流钾通道(1 Ks)为复极化过程中的主要电流,2种电流均为外向整流通道。起搏细胞中的瞬时外向钾电流(Ito)与心室肌中类似,激活与失活电压分别为+11 mV与一49 mVo It。抑制剂4-AP能够显著减少人。电流,延长APD}aon Icl. ca通道为Ca2+激活的C1一通道,通道的激活与肌浆网的Ca2+释放同步,通道的I-V曲线呈钟形,在+40 mV处达到峰值。由于几,Ca通道为阴离子通道,故而其电流方向与离子流方向相反,又由于通道电流主要存在于快速复极的1相,其通道的开放主要起到缩短动作电位时程的作用。故而上述通道为“体阴而用阳”。在心衰的心脏中IK,的表达量被下调,而过表达几,则会显著缩短APD加速3相复极。KaT。为ATP门控的钾通道,在缺氧条件下ATP浓度下降时通道打开,缩短APD加快心率。上述2类通道电流方向向内,为“体阳而用阳”。在起搏所涉及的离子流中,IK, acl,通道为胆碱能受体偶联的钾通道,胆碱能受体的激活能够使通道打开,进而起到降低心率的作用刚,因而其属性为“体阳而用阴”。
在肌浆网内钙系统中,兰尼丁受体(RyR})主要负责将肌浆网中的Ca'+释放到细胞质中,而1, 4, 5-三磷酸肌醇受体(IP3R)则起到相反的作用[}as}。由于钙瞬变与去极化高度同步,细胞膜去极化时RyR}快速释放Ca2+,而复极化时RyR}逐渐关闭,工P3R介导的Ca2+回流占据主导。因而,RyR}的作用相当于去极化膜离子通道的内向离子通道,故而定义为“体阳而用阳”;工P3R则相当于复极化时外向离子通道,因而为“体阴而用阳”。
此外,背景钾电流INa " IGJ虽然并非起搏机制中的主要通道电流,但却与起搏电信号的维持和传播等功能密切相关。几。主要参与维持静息电位,通道的开放使细胞膜对K+维持一定的通透性,若减小该通道电流(如低钾条件下)细胞静息电位将正向移动,加速去极化。因此几g通道属性为“体阴而用阴”。与心房心室肌细胞不同,IN。通道在窦房结中并不是主要的去极化电流,突变会导致病态窦房结综合征和传导障碍,故而笔者依然将其属性归为“体阳而用阳”。在窦房结中,几,电流主要由Cx40" Cx43和Cx4S承担,起到传导起搏电信号的作用。其中Cx40与Cx45的表达量较为稳定,不随年龄的增长而变化,Cx43已证实与老年窦房结功能减退有关网。IG,电流属于细胞间通讯连接,其电流方向具有双向性,因而其自身不存在阴阳属性,但它的表达量与起搏信号在心脏传导组织的扩散有关,因而其功能属性为阳。