交感神經主要透過增加何種離子通道的通透性，來促進心跳加快？

本題觀念：

本題主要探討自主神經系統（交感神經）如何調節心臟的節律點（主要為竇房結，SA node），進而改變心跳速率（Chronotropic effect）的生理機制。竇房結細胞具有自動去極化的特性，其動作電位的第4期（Phase 4，節律點電位）主要由特定的離子通道調控，交感神經便是透過影響這些通道來加快心率。

選項分析

• (A) F 型 (F-type channel)：正確。F 型通道又稱為「Funny channel」（因其在過極化時開啟的獨特特性而得名），在分子生物學上稱為 HCN 通道（Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel）。交感神經節後神經元釋放去甲腎上腺素（Norepinephrine），結合竇房結細胞膜上的 $\beta_1$ 腎上腺素受體，活化 Gs 蛋白，使細胞內 cAMP 濃度上升。cAMP 可直接結合並增加 F 型通道的開啟機率與通透性，導致更多的鈉離子（$Na^+$）流入細胞內。這會使第 4 期（Phase 4）的緩慢去極化斜率變陡，細胞更快達到閾值電位，進而促進心跳加快（正性變時效應）。
• (B) L 型 (L-type Ca2+ channel)：錯誤。L 型（Long-lasting）鈣離子通道主要負責竇房結動作電位的第 0 期（Phase 0）去極化，以及心肌細胞的收縮（高地期 Plateau）。雖然交感神經（透過 cAMP/PKA 路徑）也能增加 L 型鈣離子通道的通透性，促使鈣離子流入，但交感神經「主要」用來改變節律點第 4 期起始斜率、提升心率的關鍵通道是 F 型通道。L 型通道的活化主要與增加心肌收縮力（正性變力效應，Inotropic effect）較為相關。
• (C) T 型 (T-type Ca2+ channel)：錯誤。T 型（Transient）鈣離子通道會在第 4 期的後半段短暫開啟，協助膜電位進一步去極化以達到閾值。雖然它對節律點電位有貢獻，但交感神經主要的作用標的仍是受 cAMP 直接調控的 F 型通道。
• (D) S 型 (S-type channel)：錯誤。心臟節律點的調控中並沒有稱為 S 型的關鍵通道。S 型通道通常在其他神經生理學情境中被提及（例如與血清素 Serotonin 相關的鉀離子通道），與交感神經調節心率無關。

答案解析

心臟的竇房結（SA node）是正常心跳的節律點。其動作電位缺乏穩定的靜止膜電位，而是在再極化後會經歷一段緩慢的自發性去極化（即第 4 期節律點電位）。這個去極化過程主要由 F 型通道（Funny channel, 產生 $I_f$ 電流）主導，允許鈉離子與少部分鉀離子通過。

當交感神經興奮時，去甲腎上腺素與心臟的 $\beta_1$ 受體結合，活化腺苷酸環化酶（Adenylyl cyclase），使得細胞內的 cAMP 濃度增加。F 型通道（HCN 通道）是一種環核苷酸門控通道，cAMP 的增加會直接作用於該通道，增加其對鈉離子的通透性。這會使得第 4 期的去極化速度加快（斜率變陡），讓膜電位更快達到產生下一次動作電位的閾值，最終導致心跳速率增加。因此，選項 (A) 為正確答案。

核心知識點

考生在準備心血管生理學時，務必熟記以下關於心臟電生理及自主神經調控的重點：

1. 竇房結（SA node）動作電位分期與離子流動：
   • Phase 4（節律點電位）：主要是 $Na^+$ 流入（F-type/HCN 通道，即 $I_f$ 電流），後半段有 $Ca^{2+}$ 流入（T-type 與 L-type 鈣通道）。
   • Phase 0（去極化）：主要是 $Ca^{2+}$ 流入（L-type 鈣通道），注意這與一般神經或心室肌細胞由 $Na^+$ 主導不同。
   • Phase 3（再極化）：主要是 $K^+$ 流出。
2. 自主神經對心跳的調節機制：
   • 交感神經（Sympathetic）：釋放 NE $\rightarrow$ 活化 $\beta_1$ 受體 $\rightarrow$ cAMP $\uparrow$ $\rightarrow$ F 型通道開啟 $\uparrow$ $\rightarrow$ 去極化斜率變陡 $\rightarrow$ 心率上升。
   • 副交感神經（Parasympathetic）：釋放 ACh $\rightarrow$ 活化 $M_2$ 毒蕈鹼受體 $\rightarrow$ 抑制 cAMP 生成並開啟 $K_{ACh}$ 通道（使細胞過極化） $\rightarrow$ 去極化斜率變緩 $\rightarrow$ 心率下降。

臨床重要性

Ivabradine (伊伐布雷定)：在臨床藥理學上，Ivabradine 是一種專一性抑制竇房結 $I_f$ 電流（F 型通道）的藥物。它能夠純粹地降低心跳速率，而不會像乙型交感神經阻斷劑（$\beta$-blockers）那樣同時抑制心肌收縮力。此藥物常被用於治療穩定型心絞痛或慢性心臟衰竭，以減輕心臟的耗氧量。

參考資料

1. The Cardiovascular System - Phil Sarpong
2. 醫學一(全) Merged | PDF - 國立陽明交通大學醫學系