【摘要】 氣管平滑肌(airway smooth muscle，ASM)上主要分布有4種鉀通道：鈣激活性鉀通道、電壓依賴性鉀通道、內(nèi)向整流鉀通道、ATP敏感性鉀通道。鉀通道參與調(diào)節(jié)ASM細(xì)胞的膜電位水平和興奮性以及ASM的張力、氣道反應(yīng)性等多種生理功能。在手術(shù)麻醉期間可因病人的氣道高反應(yīng)性及麻醉藥物等因素影響氣道平滑肌 ( ASM) 的鉀通道，從而對ASM的舒縮功能帶來嚴(yán)重干擾。本文對ASM上的鉀通道的基本特性及相關(guān)聯(lián)的信號傳導(dǎo)通路，麻醉藥對鉀通道的作用進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】 氣管平滑肌細(xì)胞 ; 鉀通道 ; BK Kv KATP

氣管平滑肌中存在多種鉀通道的分布，氣管平滑肌細(xì)胞的自發(fā)性膜電位產(chǎn)生的離子流主要依賴于鉀通道的開放，此自發(fā)性膜電位呈現(xiàn)慢波且不易轉(zhuǎn)化成動作電位，鉀通道開放時鉀離子外流，導(dǎo)致細(xì)胞超極化，從而維持氣管平滑肌細(xì)胞的靜息電位水平，且有明顯的電穩(wěn)定性的特點。手術(shù)麻醉期間可因病人的氣道高反應(yīng)性及麻醉藥物等因素影響氣道平滑肌 ( ASM) 的鉀通道，從而對ASM的舒縮功能帶來嚴(yán)重干擾。麻醉醫(yī)生在臨床工作中，尤其是在對合并有呼吸道疾患、氣道高反應(yīng)性、哮喘病人施行麻醉時，或?qū)毙苑螕p傷、肺部感染、ARDS等重癥實行急救治療時，都需對ASM鉀通道的特征有進(jìn)一步的了解和認(rèn)識，提高麻醉安全性和獲得最大治療效果。本文就 ASM鉀通道的特征及麻醉藥物對鉀通道的影響作一介紹。

1 ASM中的鉀通道種類、生物學(xué)特征、生理功能及分布特點

鉀通道的開關(guān)狀態(tài)受跨膜電壓、細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度及ATP濃度變化等多種因素的影響。ASM細(xì)胞(ASMC)的靜息膜電位(Em)水平主要由其細(xì)胞內(nèi)外K+的濃度差來決定，ASMC上的K+通道通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上離子的通透性從而決定細(xì)胞的Em和興奮閾值，進(jìn)而調(diào)節(jié)ASM的張力大小、細(xì)胞興奮去極后恢復(fù)、抑制ASMC的去極化傾向，如若K+通道受阻則ASMC的興奮性隨之增高。ASMC表面存在多種鉀通道，目前已知至少存在鈣激活鉀通道(KCa)、電壓依賴性延遲整流鉀通道(Kv)及ATP敏感性鉀通道(KATP)。

1.1 鈣激活鉀通道(KCa)

細(xì)胞內(nèi)Ca+濃度的升高及膜的除極電位引起KCa的激活。根據(jù)電導(dǎo)值為10～14pS，目前還沒有SKca存在于ASM上的直接證據(jù)，但SKca阻滯劑Apamin可抑制抗原誘導(dǎo)的豚鼠氣道收縮，及降低離體牛支氣管對Urodilatin的松弛反應(yīng)，間接表明KCa的電導(dǎo)度的大小不同和功能上的差異將KCa分為大電導(dǎo)鈣激活鉀通道、中電導(dǎo)鈣激活鉀通道、小電導(dǎo)鈣激活鉀通道。小電導(dǎo)鈣激活鉀通道又稱微電導(dǎo)鈣激活鉀通道(SKca)其ASM存在SKca，且對ASM具有調(diào)節(jié)作用。而大量研究表明大電導(dǎo)鈣激活鉀通道在ASM舒張時起到至關(guān)重要的作用，大電導(dǎo)鈣激活鉀通道亦稱BK、BKca、MaxiK通道[2]。BK單通道電導(dǎo)值即為100～250pS(胞膜兩側(cè)對稱性100mmol/L的KCL溶液)此高電導(dǎo)特性決定了BK作為一種重要的反饋機制調(diào)節(jié)電壓依賴性鈣通道。BK通道為一種四聚體結(jié)構(gòu)，由形成孔道的α亞基和具有調(diào)節(jié)作用的β亞基組成，多為單孔道、六跨膜區(qū)域結(jié)構(gòu)(S1～S6)[3]。

BK通道有電壓依賴性和鈣依賴性特點，生理條件下細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加或者膜的去極化均可激活BK通道，其中鈣的濃度為10nmol/L～10umol/L的范圍內(nèi)均可以活該通道。BK通道將[Ca2+]i和膜電位這兩種細(xì)胞信號形式偶聯(lián)起來，在BK通道開放后誘發(fā)大量K+外流，使膜電位更負(fù)，可拮抗或終止去極化刺激，降低鈣離子濃度升高而增高的興奮性，此過程為負(fù)反饋機制，而使細(xì)胞膜復(fù)極化甚至超極化，維持閾電位水平，從而使氣管平滑肌舒張。BK也可通過節(jié)前作用參與調(diào)節(jié)氣道膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，而影響氣管平滑肌張力。

1.2 電壓依賴性延遲整流鉀通道(Kv)

電壓依賴性延遲整流鉀通道(Kv)是在支氣管平滑肌細(xì)胞上最先被研究的一大類鉀離子通道，在參與氣道平滑肌功能上起重要作用。Kv在對稱性溶液中，單通道電導(dǎo)值約為10pS左右，當(dāng)細(xì)胞去極化時Kv被激活，從而促進(jìn)細(xì)胞復(fù)極化，穩(wěn)定其興奮性。Kv通道是由四個α亞單位和四個β亞單位構(gòu)成的八聚體結(jié)構(gòu)，Kv屬于膜整合蛋白，現(xiàn)已在哺乳動物身上克隆出七十多種α亞單位，每個α亞單位由六個跨膜結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，每個結(jié)構(gòu)域包含一個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)孔區(qū)，為離子轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，此孔區(qū)為離子通道阻斷劑特異性結(jié)合部位，其中S4段位電壓感受器。β亞單位結(jié)合在α亞單位的胞漿面，β亞單位主要調(diào)節(jié)α亞單位的生物合成及其開放，調(diào)節(jié)通道的動力學(xué)，幾個主要的β亞單位(Kvβ1，β2，β3)已被證實。

Kv具有電壓依賴性，對膜去極化敏感，緩慢活化后產(chǎn)生一延遲外向整流鉀電流，可為4-氨基吡啶(4-AP)選擇性阻斷。劉先勝等在大鼠支氣管平滑肌上使用Kv阻斷劑后，Kv活性受到抑制，平滑肌細(xì)胞發(fā)生去極化反應(yīng)，致閾值降低，興奮性升高從而誘發(fā)平滑肌產(chǎn)生濃度依賴性的肌源性收縮反應(yīng)，提示Kv影響大鼠支氣管平滑肌的靜息張力或靜息膜電位;且其進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)BK和Kv的開放可限制大鼠支氣管平滑肌細(xì)胞的過度興奮和收縮[4]。

1.3 ATP敏感性鉀通道(KATP)

ATP敏感性鉀通道(KATP)廣泛存在于多種組織細(xì)胞中，而ASM上的KATP通道在調(diào)節(jié)ASM的張力上也起到較為重要的作用。KATP屬于弱內(nèi)向整流鉀通道家族，KATP在對稱性溶液中其單通道電導(dǎo)值為20pS～60pS。分布在細(xì)胞膜上的KATP稱為細(xì)胞膜KATP ，分布在線粒體上的KATP稱為線粒體敏感性鉀通道(mitoKATP)。ASM中的mitoKATP屬于內(nèi)向整流鉀通道總族(Kir)中的一族是由四個構(gòu)成離子孔道的結(jié)構(gòu)蛋白Kir6.2與四個調(diào)節(jié)亞單位磺脲類受體(SURS)共同形成的八聚體，mitoKATP通道對膜電位和氣道收縮性也有一定的調(diào)節(jié)作用，使ASM松弛。趙建平[5]等的研究結(jié)果證實，mitoKATP開放劑diazoxide可以起哮喘大鼠ASMCs的mitoKATP通道的開放，而導(dǎo)致線粒體膜電位的去極化。

而細(xì)胞膜KATP也是由四個內(nèi)向整流鉀通道(Kir)和四個調(diào)節(jié)蛋白磺酰脲受體(SUR)組成的多聚體復(fù)合物，Kir包括Kir6.1和Kir6.2 ，二者之間有71%的相同氨基酸序列，其中Kir通道上的高度保守序列為H5帶上的Gly-Tyr-Gly基序，此基序被認(rèn)為是K+選擇性的關(guān)鍵部位，SUR屬于ATP結(jié)合蛋白家族，分為SUR1和SUR2，分別由不同的基因編碼，SUR2又分為SUR2A和SUR2B ，SUR有三個疏水跨膜結(jié)構(gòu)域TMD0、TMD1、TMD2，其各自又分別有5，5，6個跨膜區(qū)，其胞質(zhì)側(cè)有兩個核酸結(jié)合襞，分別為NBF1位于TMD1和TMD2的絆環(huán)之間，NBF2位于羧基端[6]。Matsuo[7]等研究發(fā)現(xiàn)NBF1為不依賴于鎂的高親和力核苷酸結(jié)合位點，NBF2為細(xì)胞代謝的感受器，具有ATP酶活性。KATP在不同的組織上由不同的Kir和SUR組成，Isomoto認(rèn)為氣管平滑肌上的表達(dá)為Kir6.2和SUR2B。

1.4 ASM中鉀通道的分布特點

ASM上的鉀通道分布較為豐富，但是其鉀通道各種類型的分布特點與多種因素有關(guān)。Snetkov[8]等發(fā)現(xiàn)ASM上的鉀通道分布可能與細(xì)胞所在部位有關(guān)，鉀通道在人類大、小氣道中分布是有差別的，在大氣道中發(fā)現(xiàn)ASM上的外向電流主要是由BK通道引起，而Kv只占30%左右。而小氣道除有BK和Kv外，還檢測到電壓依賴性內(nèi)向整流鉀通道和非電壓依賴性鉀通道，這兩種通道在大氣道中未見分布。他還發(fā)現(xiàn)鉀通道分布與細(xì)胞生長狀態(tài)也有關(guān)，在新鮮分離的成人ASMC中僅檢測到電導(dǎo)為200pS BK，而在培養(yǎng)狀態(tài)下成人ASMC和新鮮分離的胎兒(12～18周)ASMC中不僅可檢測到200pS BK，還可檢測到150pS BK和100pS BK。鉀通道分布可能還與周圍環(huán)境及致敏狀態(tài)有關(guān)，Waldron等觀察致敏狗的ASMC鉀通道的變化，其電壓依賴性失活曲線在-40～-20mv電壓范圍內(nèi)，K+外流減少，導(dǎo)致細(xì)胞去極化，使ASMC比正常狀態(tài)下興奮性更高，認(rèn)為可能與Kv的表達(dá)有關(guān)。ASMC上鉀通道分布還可能與種屬差異有關(guān)。

2 調(diào) 控

目前BK通道相關(guān)的調(diào)控機制研究較多，如ASMC上的受體機制及cAMP、cGMP、PKA、PKG等多種信號途徑參與該通路的活性調(diào)控。BK的活性受到來自植物神經(jīng)β2受體和M受體的雙重調(diào)節(jié)，二者分別通過偶聯(lián)Gs或Gi，PKA活化，改變cAMP濃度，直接或間接調(diào)節(jié)BK通道的開放與關(guān)閉。心房肽(ANP)通過cGMP信號途徑引起ASM舒張過程涉及到BK通道的活化。Sausbier，M.等研究在異丙腎上腺素介導(dǎo)的突變體大鼠氣管平滑肌的舒張作用時cGMP信號通路有所上調(diào)，而cGMP蛋白激酶抑制劑可以重新恢復(fù)其對于碳酰膽堿的正常敏感性，cGMP信號通路的上調(diào)可以調(diào)節(jié)氣管平滑肌細(xì)胞BK通道[11]。Christiana Dimitropoulou等研究發(fā)現(xiàn)雌激素能夠抑制由類膽堿能介導(dǎo)的哮喘大鼠氣管環(huán)收縮作用，它是通過NO-cGMP-PKG通路從而增加BKca通道的活性來起作用的[12]。

Kv通道的調(diào)控機制目前已知受PKC、PKA、PKG信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等多因素影響，程東軍等研究發(fā)現(xiàn)，用被動致敏的人的氣管平滑肌細(xì)胞(HASMCs)的Kv活性降低，可能與PKC活化后的直接作用及進(jìn)而下調(diào)Kv表達(dá)有關(guān)[13]。Waldron等以狗ASM為對象，觀察到PKC活化使Kv得外向鉀電流顯著減少，細(xì)胞因去極化而興奮性明顯升高。張永昶等對慢性吸煙大鼠支氣管平滑肌細(xì)胞(BSMCs)研究發(fā)現(xiàn)，慢性吸煙可抑制大鼠BSMCs膜的Kv通道的電流，PKC活化后對正常大鼠的BSMCs有抑制作用，但對慢性吸煙大鼠的BSMCs則無作用[14]。程東軍等在研究人的人的氣管平滑肌細(xì)胞(HASMCs)時發(fā)現(xiàn)，活化PKA和PKG可以促進(jìn)Kv1.5亞型的表達(dá)，抑制HASMCs的興奮性，推測可能為這兩條信號通路引起HASM舒張反應(yīng)的作用機制之一[15]。

KATP具有輕度的電壓依賴性，ASM上的KATP通道對維持細(xì)胞膜電位和產(chǎn)生復(fù)極或超極化電流也起到至關(guān)重要的作用，而KATP通道的調(diào)控機制也涉及多個方面，功能上KATP通道將細(xì)胞電活動與其代謝狀態(tài)聯(lián)系起來。正常狀態(tài)下，KATP通道處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP濃度降低和ADP濃度上升時可活化KATP通道，引起K+外流，使KATP通道開放。KATP作為細(xì)胞代謝感受器，反映細(xì)胞代謝靜、動態(tài)的特征，調(diào)節(jié)活性細(xì)胞鉀離子的滲透平衡和生物電活動。KATP通道活性受受體偶聯(lián)G結(jié)合蛋白信號途徑和磷脂肌醇-磷脂酶C的調(diào)節(jié)，其還可使KATP通道迅速的傳導(dǎo)細(xì)胞外信號。β-受體激動劑、腺苷、降鈣素基因相關(guān)肽等通過cAMP途徑激活PKA開放KATP ，NO可能通過cGMP信號途徑激活KATP通道 ，組胺、膽堿受體等可能通過PKC途徑抑制KATP通道開放。

3 麻醉藥物對ASM鉀通道的作用

全身靜脈麻醉藥物氯胺酮具有很強的氣管舒張作用，崔氵勇[14]等研究發(fā)現(xiàn)氯胺酮開放大鼠平滑肌細(xì)胞的KATP通道呈劑量依賴性，可能為其舒張氣管的作用機制之一。陳崗[15]等觀察不同濃度異丙酚對乙酰膽堿預(yù)處理離體氣管條作用發(fā)現(xiàn)異丙酚舒張氣管平滑肌作用與KATP通道密切相關(guān)。而吸入性麻醉藥物異氟烷、七氟烷是強烈的支氣管平滑肌舒張劑，但其對氣管和支氣管平滑肌上的鉀通道都起著抑制作用，且對Kv的抑制作用大于KCa[16]。

4 結(jié) 語

通過對ASM上的各種鉀通道的生物性狀、生理功能及相關(guān)多種細(xì)胞內(nèi)信號途徑以及鉀通道對于ASMC增殖和凋亡及其相關(guān)基因表達(dá)的影響的認(rèn)識，有利于我們在臨床工作中對于某些氣道高反應(yīng)性病人及呼吸道疾患病人的臨床指導(dǎo)用藥的選擇。而在全麻誘導(dǎo)、氣管插管時常可誘發(fā)支氣管收縮痙攣，對哮喘、慢性阻塞性肺疾病等氣道高反應(yīng)性患者在實施全麻誘導(dǎo)或急救時，這種威脅常常致命，所以對于麻醉藥物引起的氣管平滑肌和支氣管平滑肌舒縮效應(yīng)的研究也有利于臨床醫(yī)生正確指導(dǎo)用藥。對于某些呼吸道疾病患者和非呼吸道疾病患者存在氣道高反應(yīng)性的臨床藥物的研究和新藥物的研發(fā)，拓展新思路和提供新方法亦有重要幫助。