115年:醫學一(1)
一般體內生理情況下，鈉鈣交換子（Na+/Ca2+-exchanger）的輸送方式最常見屬於下列何種方式？
A簡單擴散
B協助擴散
C初級主動運輸
D次級主動運輸
詳細解析
本題觀念：
本題考查細胞膜運輸機制（Membrane Transport），特別是**鈉鈣交換子（Na⁺/Ca²⁺ exchanger, NCX）**的運作原理。NCX 是維持細胞內鈣離子恆定（Calcium Homeostasis）的關鍵蛋白，特別是在心肌細胞中，它負責將興奮-收縮偶合（Excitation-Contraction Coupling）後進入細胞的鈣離子排出，以利肌肉舒張。
選項分析
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A. 簡單擴散 (Simple diffusion)：
- 定義：物質直接穿過細胞膜脂雙層，不需載體蛋白，不消耗能量。通常適用於脂溶性小分子（如 O₂、CO₂、類固醇激素）。
- 分析：錯誤。Na⁺ 與 Ca²⁺ 為帶電離子，無法直接通過疏水的脂雙層，必須藉由通道或載體蛋白協助。
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B. 協助擴散 (Facilitated diffusion)：
- 定義：物質順著濃度梯度（由高往低）通過膜蛋白（通道或載體）進入細胞，不消耗能量。例如：葡萄糖透過 GLUT 載體進入細胞。
- 分析：錯誤。雖然 NCX 是膜蛋白，但其主要功能是將 Ca²⁺ 逆著濃度梯度（由低濃度的細胞內排向高濃度的細胞外）運送，這需要能量輸入，因此不屬於被動的協助擴散。
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C. 初級主動運輸 (Primary active transport)：
- 定義：直接水解 ATP 獲得能量，將物質逆濃度梯度運送。例如：Na⁺/K⁺-ATPase（鈉鉀幫浦）、SERCA（肌漿網鈣幫浦）。
- 分析：錯誤。NCX 本身並不具備 ATPase 活性，不直接水解 ATP。
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D. 次級主動運輸 (Secondary active transport)：
- 定義：利用初級主動運輸（如 Na⁺/K⁺-ATPase）所建立的離子濃度梯度（位能）作為能量來源，來驅動另一種物質逆梯度運輸。
- 分析：正確。NCX 利用細胞外高鈉濃度的電化學梯度（Electrochemical gradient），讓 3 個 Na⁺ 順梯度進入細胞，釋放出的能量用來將 1 個 Ca²⁺ 逆梯度排出細胞（Antiport/Counter-transport）。這正是次級主動運輸的典型機制。
答案解析
正確答案：D
在一般生理情況下（Forward mode），鈉鈣交換子（NCX）的主要運作模式為：
- 能量來源：利用 Na⁺/K⁺-ATPase 所建立的細胞外高鈉梯度（Na⁺ gradient）。
- 交換比例：將 3 個 Na⁺ 順濃度梯度轉運入細胞，同時將 1 個 Ca²⁺ 逆濃度梯度轉運出細胞。
- 機制分類：這種「不直接消耗 ATP，而是利用另一種離子的梯度位能來驅動運輸」的方式，定義為次級主動運輸（Secondary Active Transport），且屬於反向運輸（Antiport/Counter-transport）。
雖然在心肌動作電位的高原期（Plateau phase），膜電位去極化可能導致 NCX 短暫反轉（Reverse mode，將 Ca²⁺ 打入細胞），但題目詢問的是「一般體內生理情況下」且針對其「輸送方式」的分類，其本質仍是依賴離子梯度的次級主動運輸系統。
核心知識點
考生應掌握以下 NCX 與膜運輸的重點：
- 分類：次級主動運輸（Secondary Active Transport），屬反向運輸（Antiport）。
- 化學計量（Stoichiometry）：3 Na⁺ (入) : 1 Ca²⁺ (出)。這是一個**生電性（Electrogenic）**過程，因為 3 個正電荷進入，1 個正電荷出去，淨移動為 +1 入內。
- 驅動力：依賴 Na⁺ 的電化學梯度。如果細胞內 Na⁺ 濃度上升（例如使用 Digoxin 抑制 Na⁺/K⁺-ATPase），會減弱 Na⁺ 梯度，導致 NCX 排鈣能力下降，細胞內 Ca²⁺ 累積，進而增強心肌收縮力。
- 功能：是心肌細胞排出 Ca²⁺ 的主要機制之一（另一為 SERCA 回收鈣至肌漿網，以及少量由 Plasma membrane Ca²⁺-ATPase 排出）。
臨床重要性
- 強心苷類藥物（如 Digoxin）：治療心衰竭的機轉即是抑制 Na⁺/K⁺-ATPase -> 增加細胞內 [Na⁺] -> 減弱 NCX 排鈣功能 -> 增加細胞內 [Ca²⁺] -> 增強心肌收縮力（Positive Inotropy）。
- 再灌流傷害（Reperfusion Injury）：缺血時細胞內 Na⁺ 累積，再灌流時可能驅動 NCX 進入反向模式（Reverse mode），大量 Ca²⁺ 湧入細胞導致鈣超載（Ca²⁺ overload）與細胞死亡。