外向电流

外向电流（英文：Outward Current），在电生理学中，指正电荷离子流出细胞或负电荷离子流入细胞所产生的跨膜电流。根据电流方向惯例（以细胞外为参考零点），该电流方向被定义为正值。外向电流是导致细胞膜复极化或超极化（膜电位负值增大）的主要驱动力，对于终止动作电位、维持静息电位、调节兴奋性和控制放电模式至关重要。

物理定义与惯例

• 电流方向惯例： 电生理学中，电流方向定义为正电荷流动的方向。

• 外向电流： 指正电荷从细胞内流出细胞外，或等效地，负电荷从细胞外流入细胞内。

• 膜电流符号： 根据广泛采用的惯例，外向电流在记录中被显示为正值电流。正电荷外流意味着细胞内失去正电荷，记录的电流方向为正。

主要类型与生理实例

外向电流主要由钾离子外流或氯离子内流介导：

1. 电压门控外向电流：

   • 延迟整流钾电流： 是动作电位复极化的主要电流。在动作电位峰值后，电压门控钾通道（如Kv家族）缓慢激活，产生强大的K⁺外流，使膜电位迅速恢复至静息水平。

   • A型钾电流： 快速激活和失活，对近阈值去极化敏感。它能延缓动作电位起始、调节放电频率，并参与动作电位反向传播的调控。

   • 钙激活钾电流： 由细胞内钙离子浓度升高激活。分为BK电流（大电导）和SK电流（小电导）。它们提供负反馈：去极化或突触活动引起Ca²⁺内流，激活此类K⁺通道，产生外向电流，导致复极化或超极化，从而限制放电频率和持续时间。对蜂毒明肽（apamin，阻断SK）和iberiotoxin（阻断BK）敏感。

2. 配体门控外向（超极化）电流：

   • 抑制性突触后电流： 在GABA能或甘氨酸能突触，神经递质结合后打开GABAA受体或甘氨酸受体通道，主要允许Cl⁻内流（在成熟神经元中，Cl⁻平衡电位通常接近或负于静息电位）。Cl⁻内流产生内向的Cl⁻电流，根据惯例，负电荷内流等效于正电荷外流，因此记录为外向电流，导致突触后膜超极化或分流，抑制神经元兴奋性。

   • GABAB受体电流： 通过G蛋白激活G蛋白门控内向整流钾通道，增加K⁺外流，产生缓慢而持久的超极化。

3. 背景（漏）钾电流：

   • 由内向整流钾通道和双孔钾通道（如TREK, TASK）介导，在静息状态下持续开放，维持静息膜电位接近K⁺平衡电位，并提高膜电导，增加电流阈值。

4. 钠-钾泵电流：

   • 虽然通常不被归为“通道电流”，但钠-钾泵每泵出3个Na⁺，泵入2个K⁺，产生净外向电流，对维持长时程静息电位和离子稳态有贡献。

功能意义

1. 动作电位的终止： 延迟整流钾电流是动作电位复极化的主力军。

2. 兴奋性的精细调节：

   • A型钾电流通过延缓放电起始，影响动作电位的时间精度和放电频率。

   • 钙激活钾电流提供活动依赖的负反馈，防止神经元过度兴奋。

3. 抑制性突触传递： GABAA受体介导的Cl⁻电流是实现快速、点对点抑制的基础。

4. 静息电位的维持： 背景钾电流和钠-钾泵电流共同维持稳定的负性静息电位。

5. 放电模式的决定： 不同类型外向电流的组合决定了神经元是产生单个动作电位、一簇放电还是持续放电。

6. 突触可塑性： 某些外向电流（如A型钾电流）的调节是突触强度变化和可塑性的重要机制。

实验记录与测量

使用电压钳技术进行测量。

• 当指令电位从静息电位跃迁到去极化电位时，记录到的正向电流通常包含外向电流成分。

• 在电流-电压关系曲线中，外向电流出现在反转电位以上的电压范围。对于纯钾电流，其反转电位接近K⁺平衡电位（约-90 mV）。

与相关概念的区别

• 外向电流 vs. 超极化/复极化： 外向电流是原因，超极化/复极化是结果。

• 外向电流 vs. 内向电流： 两者共同决定了膜的净电流和电位变化方向。在动作电位中，内向电流（Na⁺）主导去极化相，外向电流（K⁺）主导复极化相。

• GABAA电流的方向： 本质上是Cl⁻内流（内向离子流），但因电流惯例记录为外向电流，这是学习中的一个常见难点。

病理与药理学

• 通道病： 钾通道功能丧失性突变可导致外向电流减弱，引起神经元过度兴奋，与癫痫、共济失调、心律失常等相关。

• 药物靶点：

  • 钾通道开放剂： 如尼可地尔，激活KATP通道，增加K⁺外流，舒张血管平滑肌，用于治疗心绞痛。

  • 抗癫痫药： 乙琥胺可能通过增强钙激活钾电流起作用。

  • 抗焦虑/镇静药： 苯二氮䓬类和巴比妥类增强GABAA受体介导的Cl⁻电流。

  • 钾通道阻断剂： 如4-氨基吡啶，阻断A型钾电流，用于改善多发性硬化患者的症状。

参考文献

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