Bittar E E, Hift H, Huddart H, Tong E
J Physiol. 1974 Oct;242(1):1-34. doi: 10.1113/jphysiol.1974.sp010691.
研究了不同浓度咖啡因对钠外流的影响。外部施加10 mM咖啡因通常会引起双相反应,即钠外流先下降,随后上升。1 mM和5 mM咖啡因通常引起刺激作用。这种反应的刺激阶段仅取决于外部Ca(2+)的存在。
内部施加100 mM咖啡因会使钠外流略有增加,其幅度与外部Ca(2+)无关,且与外部施加1 mM咖啡因时相当。然而,用5×10(-5)M哇巴因预处理纤维可大大增强这种作用。
用5×10(-5)M哇巴因预处理纤维后,外部施加10 mM咖啡因引起的钠外流增加可大大增强。观察到的刺激反应是双相的,在无外部Ca(2+)时更明显。在第二个刺激阶段开始后恢复外部Ca(2+)会导致钠外流进一步增加。用不同浓度的哇巴因和10 mM咖啡因处理期间测量钠外流表明,钠外流的速率系数随哇巴因浓度在10(-8)-10(-4)M范围内变化。在含有不同浓度Ca的浴液中,用10 mM咖啡因处理前后测量对哇巴因不敏感的钠外流,发现存在两个Ca(2+)阈值,一个在0-2.5 mM范围内,另一个在12.5-15 mM范围内。
比较了10 mM咖啡因后外部酸化和外部酸化后10 mM咖啡因对钠外流的影响。在用10 mM咖啡因处理前,对哇巴因不敏感的钠外流对外部酸化的反应幅度大于在生物碱外部施加后再进行外部酸化时的反应幅度。它也明显大于在外部酸化前对外部施加10 mM咖啡因的反应幅度。
外部施加10 mM普鲁卡因可阻止10 mM咖啡因刺激钠外流和诱导挛缩。内部施加100 mM - EGTA可降低钠外流对10 mM咖啡因的反应,并防止纤维收缩。外部施加10(-4)M苯妥英可降低钠外流对10 mM咖啡因的反应,但不能阻止挛缩的发展。
内部施加0.05 M - cGMP、cAMP或其二丁酰衍生物会使钠外流大幅增加。在哇巴因中毒的纤维中观察到的效应幅度通常大于未中毒的纤维。预先内部施加2.5单位/ml磷酸二酯酶未能降低对注射的环核苷酸的刺激反应幅度。注射磷酸二酯酶也未能降低钠外流对10 mM咖啡因的反应。
外部施加10 mM咖啡因到未中毒和哇巴因中毒的纤维会使膜电位下降约10 mV。在未中毒的纤维中,这种效应是短暂的。膜电位对内部施加不同浓度CaCl(2)的反应是双相的。当使用低浓度CaCl(2)时,膜电位略有上升,但当使用高浓度时则相反。用不同浓度的MgCl(2)无法重复这些结果。
还研究了不同浓度咖啡因对张力发展的影响。咖啡因浓度低至4 mM时观察到强烈挛缩,而浓度为7-8 mM时通常超过峰值强直张力。张力-外部Ca(2+)曲线呈S形。
电子显微镜研究表明,在人工海水(ASW)中10 mM咖啡因对池状细结构几乎没有或没有造成膨胀和紊乱。然而,在无Ca(2+)的ASW中悬浮的纤维,然后在无Ca(2+)的ASW中用10 mM咖啡因处理,这种结构变化更为明显。浸泡在无Ca(2+)的ASW中的纤维线粒体和线粒体质已破裂,而额外用10 mM咖啡因处理的纤维线粒体相对完整。
这项工作得出的主要结论是:(i)咖啡因通过提高内部游离Ca(2+)浓度刺激对哇巴因不敏感的钠外流(并抑制转运酶);(ii)在转运酶受到抑制的情况下,对10 mM咖啡因的刺激反应幅度不仅取决于外部Ca(2+)浓度,主要还取决于转运酶的残余活性水平;(iii)对哇巴因不敏感的钠外流的Ca(2+)敏感和CO(2)敏感成分虽然不同,但可能在质膜水平重叠或在远离膜的地方共享一个共同的代谢步骤;(iv)环核苷酸参与对哇巴因不敏感的钠外流幅度的控制,并且在本实验条件下磷酸二酯酶系统似乎不参与咖啡因刺激作用的潜在机制;(v)咖啡因引起的膜电位变化无法解释钠外流的刺激反应以及这些纤维的挛缩;(vi)这些纤维中的收缩机制对咖啡因的敏感性比脊椎动物肌肉和其他节肢动物的肌肉要高得多;(vii)肌浆网释放的Ca(2+)导致钠外流的双相反应是咖啡因引起的池状紊乱的结果。