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115年:營養生理生化(1)

普羅卡因（procaine）是一種可阻斷電位閘控型鈉通道（voltage-gated sodium channel）作用的藥物。投藥後對神經膜電位可能造成的影響，下列敘述那些正確？①仍能形成階梯電位（graded potential） ②影響動作電位的去極化（depolarization） ③影響動作電位的再極化（repolarization） ④造成膜電位發生過極化（hyperpolarization）

A①②
B②③
C③④
D①④

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是局部麻醉劑（Local Anesthetics, 尤其是 Procaine）的作用機轉以及神經生理學中動作電位（Action Potential）與階梯電位（Graded Potential）的離子通道差異。

核心概念如下：

  1. Procaine 的作用：屬於酯類局部麻醉劑，主要機制是與神經細胞膜上的**電位閘控型鈉離子通道（Voltage-gated Na⁺ channels, VGSCs）**結合，並將其阻斷。
  2. 動作電位（AP）：其「去極化期（Depolarization）」高度依賴 VGSCs 的開啟與鈉離子快速內流。若 VGSCs 被阻斷，動作電位無法產生或傳導。
  3. 階梯電位（GP）：通常發生在樹突或細胞本體，由配體閘控型通道（Ligand-gated channels）或機械閘控型通道（如受體電位）介導，而非 VGSCs。

選項分析

  • ① 仍能形成階梯電位（Graded potential）：正確。

    • 階梯電位（包括突觸後電位、受體電位）的產生通常是透過神經傳遞物質結合受體（如 ACh 受體）或物理刺激開啟非電位閘控的離子通道。
    • Procaine 阻斷的是負責「傳導」與「爆發」動作電位的電位閘控型鈉通道。經典的神經生理學實驗（如 Katz 的研究）證實，即使使用局部麻醉劑或河豚毒素（TTX）阻斷了動作電位的產生，神經末梢的發生器電位（Generator potential）或受體電位（Receptor potential）（皆屬階梯電位）仍然可以記錄到。這證明了階梯電位的離子機制與動作電位不同，不受 Procaine 直接抑制。

  • ② 影響動作電位的去極化（Depolarization）：正確。

    • 動作電位的上升支（去極化）是由於 VGSCs 開啟，鈉離子大量內流所致。
    • Procaine 結合並穩定 VGSCs 的去活化態或關閉態，阻止鈉離子內流。因此，膜電位無法上升達到閾值，直接抑制了去極化過程，導致動作電位無法產生（Conduction block）。

  • ③ 影響動作電位的再極化（Repolarization）：錯誤（在單選或最佳選項邏輯下）。

    • 再極化期主要由**電位閘控型鉀離子通道（Voltage-gated K⁺ channels）**負責，鉀離子外流使膜電位回到靜止狀態。
    • 雖然高濃度的局部麻醉劑可能對鉀通道有微弱影響，但在治療劑量下，Procaine 的定義性作用是阻斷鈉通道。
    • 更重要的是，如果鈉通道被阻斷導致「去極化」根本沒有發生（動作電位未啟動），則後續的「再極化」階段自然也不會出現。但在考題邏輯中，我們主要描述藥物的直接作用靶點。Procaine 直接針對的是去極化步驟（Na⁺），而非再極化步驟（K⁺）。

  • ④ 造成膜電位發生過極化（Hyperpolarization）：錯誤。

    • 神經的靜止膜電位（RMP）主要由鉀離子漏通道（K⁺ leak channels）和 Na⁺/K⁺ 幫浦維持。
    • VGSCs 在靜止時本來就是關閉的。阻斷一個原本就關閉的通道不會顯著改變靜止膜電位。
    • 會造成過極化的藥物通常是開啟鉀離子通道（促進 K⁺ 外流）或開啟氯離子通道（促進 Cl⁻ 內流，如 GABA 作用），而非阻斷鈉通道。

答案解析

根據上述分析：

  • 敘述 ① 正確：階梯電位（由配體/機械閘控通道介導）不受 VGSC 阻斷劑影響。
  • 敘述 ② 正確：動作電位的去極化（由 VGSC 介導）會被 Procaine 阻斷。
  • 敘述 ③ 錯誤：Procaine 主要不針對再極化（K⁺ 通道）。
  • 敘述 ④ 錯誤：Procaine 不會引起過極化。

因此，正確的組合是 ①②。 故答案為 A。

核心知識點

考生應掌握以下神經生理與藥理學重點：

  1. 神經電位分類與機制：
    • 階梯電位 (Graded Potential)：發生於樹突/胞體，強度可加成，無不反應期，通道類型多為 Ligand-gated 或 Mechanically-gated ion channels。
    • 動作電位 (Action Potential)：發生於軸突，全有全無 (All-or-none)，有不反應期，依賴 Voltage-gated Na⁺ channels (去極化) 與 K⁺ channels (再極化)。
  2. 局部麻醉劑 (Local Anesthetics) 機轉：
    • 藥物：Procaine (酯類), Lidocaine (胺類)。
    • 作用靶點：細胞膜內側的 Voltage-gated Na⁺ channels。
    • 作用結果：阻斷 Na⁺ 內流 →\rightarrow 降低動作電位上升速率 (Phase 0) →\rightarrow 提高閾值 →\rightarrow 阻斷神經傳導。
    • 不影響：靜止膜電位 (RMP)、閾值電位 (Threshold potential, 雖然使達到閾值更難，但閾值本身的電壓數值定義通常不變，或視為"有效閾值"提高)、階梯電位（如受體電位）。

參考資料

  1. Katz B. (1950). Depolarization of sensory terminals and the initiation of impulses in the muscle spindle. The Journal of Physiology. (確立了局部麻醉劑阻斷動作電位但不阻斷受體/階梯電位的經典實驗)
  2. StatPearls. Procaine. NCBI Bookshelf. (確認 Procaine 機制為阻斷電位閘控鈉通道)
  3. PhysiologyWeb. Neuronal Action Potential - Graded Potentials versus Action Potentials. (解釋階梯電位與動作電位的通道差異)
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