臨床助理醫(yī)師生理學(xué)：細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

　　既然膜主要是由脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成的，那么理論上只有脂溶性的物質(zhì)才有可能通過它。但事實(shí)上，一個(gè)進(jìn)行著新陳代謝的細(xì)胞，不斷有各種各樣的物質(zhì)(從離子和小分子物質(zhì)到蛋白質(zhì)等大分子，以及團(tuán)塊性固形物或液滴)進(jìn)出細(xì)胞，包括各種供能物質(zhì)、合成細(xì)胞新物質(zhì)的原料、中間代謝產(chǎn)物和終產(chǎn)物、維生素、氧和二氧化碳，以及Na+、K+、Ca2+離子等。它們理化性質(zhì)各異，且多數(shù)不溶于脂質(zhì)或其水溶性大于其脂溶性。這些物質(zhì)中除極少數(shù)能夠直接通過脂質(zhì)層進(jìn)出細(xì)胞外，大多數(shù)物質(zhì)分子或離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，都與鑲嵌在膜上的各種特殊的蛋白質(zhì)分子有關(guān);至于一些團(tuán)塊性固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的進(jìn)出細(xì)胞(如細(xì)胞對(duì)異物的吞噬或分泌物的排出)，則與膜的更復(fù)雜的生物學(xué)過程有關(guān)。

　　現(xiàn)將幾種常見的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)形式分述如下：

　　(一)單純擴(kuò)散

　　溶液中的一切分子都處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)中。這種分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能，與溶液的絕對(duì)溫度成正比。在溫度恒定的情況下，分子因運(yùn)動(dòng)而離開某一小區(qū)的量，與此物質(zhì)在該區(qū)域中的濃度(以mol/L計(jì)算)成正比。因此，如設(shè)想兩種不同濃度的同種物質(zhì)的溶液相鄰地放在一起，則高濃度區(qū)域中的溶質(zhì)分子將有向低濃度區(qū)域的凈移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。物質(zhì)分子移動(dòng)量的大小，可用通量表示，它指某種物質(zhì)在每秒內(nèi)通過每平方厘米的假想平面的摩爾或毫爾數(shù)。在一般條件下，擴(kuò)散通量與所觀察平面兩側(cè)的濃度差成正比;如果所涉及的溶液是含有多種溶質(zhì)的混合溶液，那么每一種物質(zhì)的移動(dòng)方向和通量，都只決定于各該物質(zhì)的濃度差，而與別的物質(zhì)的濃度或移動(dòng)方向無關(guān)。但要注意的是，在電解質(zhì)溶液的情況下，離子的移動(dòng)不僅取決于該離子的濃度也取決于離子所受的電場(chǎng)力。

　　在生物體系中，細(xì)胞外液和細(xì)胞內(nèi)液都是水溶液，溶于其中的各種溶質(zhì)分子，只要是脂溶性的，就可能按擴(kuò)散原理作跨膜運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)運(yùn)，稱為單純擴(kuò)散。這是一種單純的物理過程，區(qū)別于體內(nèi)其他復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。但單純擴(kuò)散不同于上述物理系統(tǒng)的情況是：在細(xì)胞外液和細(xì)胞內(nèi)液之間存在一個(gè)主要由脂質(zhì)分子構(gòu)成的屏障，因此某一物質(zhì)跨膜通量的大小，除了取決于它們?cè)谀�兩�?cè)的濃度外，還要看這些物質(zhì)脂溶性的大小以及其他因素造成的該物質(zhì)通過膜的難易程度，這統(tǒng)稱為膜對(duì)該物質(zhì)的通透性。

　　人體體液中存在的脂溶性物質(zhì)的數(shù)量并不很多，因而靠單純擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞膜的物質(zhì)也不很多。比較肯定的是氧和二氧化碳等氣體分子，它們能溶于水，也溶于脂質(zhì)，因而可以靠各自的濃度差通過細(xì)胞膜甚或肺泡中的呼吸膜。體內(nèi)一些甾體(類固醇)類激素也是脂溶性的，理論上它們也能夠靠單純擴(kuò)散由細(xì)胞外液進(jìn)入胞漿，但由于分子量較大，近來認(rèn)為也需要膜上某種特殊蛋白質(zhì)的“協(xié)作”，才能使它們的轉(zhuǎn)運(yùn)過程加快。