生理学课件第三章.pptx

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1、第一节 细胞膜的电生理第1页/共60页一、静息膜电位的形成和维持(一）概念： 细胞在安静状态时存在于细胞膜内外两侧的电位差，称为静息膜电位，也称静息电位。第2页/共60页 0+ + - -B BA A细胞细胞细胞膜细胞膜微电极微电极电位计电位计第3页/共60页 0+ + - -B BA A+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + - - - - - - + + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - -

2、- - - - -+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - -90-90mVmV0 0mVmV0 0mVmV本实验本实验提示提示: :1.1.跨膜有跨膜有电位差电位差2.2.膜内膜内低于低于膜外膜外3.3.稳定直流稳定直流电位电位第4页/共60页 极化：活细胞的细胞膜膜内外存在电位差的现象。 生理学中将细胞膜外侧的电位定为0电位，大多动物神经纤维、各种肌细胞的膜电位-50-100mV的直流电位，表现为膜内为负，膜外为正。第5页/共60页生物电产生机制 两个条件：1.细胞内外离子浓度差 2.细胞膜对离子的选择性通透 两个力量

3、：动力浓度差、电位差 阻力电位差 一个平衡：离子的平衡电位第6页/共60页 静息膜电位形成的基础：Na+、K+等关键离子在细胞膜内外的不均等分布及选择性透膜移动。 电扩散：离子的跨膜渗透，与膜内外离子的浓度、跨膜电势差、某离子的渗透系数等因素有关。 离子运动的独立性法则每种离子的跨膜运动都是相互独立的（二）静息电位产生的机制第7页/共60页表3-1 哺乳动物骨骼肌细胞内外离子浓度和电位 离子 细胞外液 胞 质 平衡电位 (mmol/L) (mmol/L) (mV) Na+ 145 12 +65 K+ 4 155 -95 Cl- - 120 . 4 -90有机负离子 155 _第8页/共60页1

4、、K+的扩散对膜电位的作用 膜内K+浓度高于膜外，安静时膜对K+通透性大， K+顺浓度差外流，而细胞内的有机负离子不能透出细胞，便产生了内负外正的电位差。当促进K+向外移动的化学力（K+的扩膜浓度梯度）与阻止K+向外移动的电场力（跨膜电位梯度）达到平衡时，则K+的净通透量等于零，此时的电位差称为K+的平衡电位，等于静息电位。第9页/共60页+A A- -A A- -A A- -A A- -A A- -+A A- -A A- -+A A- -A A- -+K+顺浓度差顺浓度差(化学驱动力化学驱动力)跨膜跨膜外流外流, 建立起建立起内内负负外正外正的的跨膜电位跨膜电位。第10页/共60页+A A-

5、 -A A- -A A- -A A- -A A- -+A A- -A A- -+A A- -A A- -+ 当当促使促使K+外流力外流力与与阻止阻止K+外流力外流力平衡平衡时时, 即即,K+的电化学驱动力为零时的电化学驱动力为零时, K+的的净净通量为通量为零零 K+平衡电位平衡电位(RP)第11页/共60页 大量实验证明：当细胞外的K+浓度降低时，静息电位增大；膜外K+浓度增高时，静息电位减小，而改变Na+浓度对其无明显影响，说明静息电位主要是由K+的平衡电位决定的。 若知道K+在胞内外分布的浓度，可以利用Nernst方程来计算静息膜电位。第12页/共60页Nernst公式公式(1889):

6、RTEX= logZFX+iX+o简化公式：简化公式： EX= 61 log (mV)X+iX+o如哺乳动物骨骼肌细胞如哺乳动物骨骼肌细胞: K+i : 155mmol/L, K+o: 4mmol/L,则则 0.026, log = -1.59 Ek=61 -1.59-95 (mV) K+iK+oK+iK+o第13页/共60页 假定膜仅对Na+通透，膜外Na+流向膜内，建立起膜内为正、膜外为负的平衡电位，其值为+60mV，幅度小于K+的平衡电位。2、Na+的扩散对膜电位的作用第14页/共60页 在活细胞中， K+、Na+是共同对膜电位的形成发挥作用的。 但在静息状态下， K+通透性是Na+50

7、-75倍。相对较大量K+的净外流建立了一个-90mV的膜电位，相对少的Na+内流部分消除或中和了K+的平衡电位。 神经细胞静息膜电位值为-70mV。3、K+和Na+对膜电位的协同作用第15页/共60页 静息状态下， K+和Na+的扩散时刻在进行，但胞内K+浓度没有持续下降， Na+浓度也没有持续增加，为什么？ K+-Na+泵的作用：将胞内Na+泵出，将胞外K+泵入，从而抵消了两种离子的膜渗漏通量。4、K+-Na+泵和膜电位的维持第16页/共60页钠钠-钾泵转运和通道介导的易化扩散钾泵转运和通道介导的易化扩散 第17页/共60页 总结: 由于膜内外存在不同的离子浓度，膜对这些离子具有不同的通透性

8、，导致了静息电位的形成； 静息状态时，所有被动通透力与主动转运的力平衡，使膜电位保持恒定不变。 第18页/共60页二、细胞膜动作电位（一）细胞的兴奋与阈刺激第19页/共60页第20页/共60页1 1、分级电位（局部电位) ) 首先给细胞一个较小的刺激，然后不断增大刺激强度，所形成的电位幅值也会逐步由小变大，将这种具有不同幅值的电位称为分级电位。 分级电位特征：振幅随扩散距离的增大而减小，故只能在较小的范围内作短距离的扩散。 单个阈下刺激能造成去极化，未达到 阈电位水平，少量Na+Na+道开，Na+Na+内流 叠加产生局部反应（局部兴奋），很快 被K+K+外流所抵消。 第21页/共60页概念概念

9、： 阈下刺激阈下刺激引起的低引起的低于阈电位于阈电位的去极化的去极化（即局部（即局部电位），电位），称局部兴称局部兴奋。奋。第22页/共60页特点：特点： 不 具 不 具有有“全或无全或无”现象。现象。 电紧电紧张方式扩布。张方式扩布。 具有具有总和效应：总和效应：时间性和空时间性和空间性总和。间性总和。 第23页/共60页 如果同时有多个突触活动，则它们各自所产生的突触电流可以累加起来。通过这种方式，神经元就把不同来源的信息加以整合。 突触电位与动作电位不同，它的幅度不是固定不变的。在离开始发的膜区时，电位幅度便快速衰减，离开突触电位始发处数毫米，突触电位就消失了。这种扩布称为电紧张性扩布。

10、 在树突或胞体上发生的突触电位有累加效应，即可以相加或相减。加或减的电位结果传播到轴突基部。当电位变化达到了阀值，便可以触发动作电位。第24页/共60页时间性总和时间性总和空间性总和空间性总和第25页/共60页2、动作电位动作电位细胞受到一个较大刺激时，产生的膜两侧的快速、可逆，并能扩散的电位，称为动作电位。此间，细胞膜的Na+通道打开， Na+内流，膜电位由内负外正转变为内正外负。 特征：从产生的起点沿整个细胞膜传导，传导的幅度不随距离的增加而衰减。第26页/共60页去去 极极 化化上上 升升 支支下降支下降支3.3.动作电位的图形动作电位的图形刺激刺激局部电位局部电位阈电位阈电位去极化去极

11、化零电位零电位反极化（超射）反极化（超射）复极化复极化负后电位负后电位第27页/共60页 几个概念： 极化：静息时，膜电位呈现内负外正的状态。 去极化（除极化）：静息膜电位变小的过程。 反极化：膜电位的极性倒转，变成膜内为正（+30mv+30mv）膜外为负的状态，又称超射。 复极化：从去极化向静息状态恢复的过程。 超极化：较比静息膜电位增加的状态。（负后电位） 第28页/共60页第29页/共60页（三）动作电位形成的离子机制动作电位形成的离子机制 Bernstein(1902)Bernstein(1902)提出膜学说：细胞内外钾离子的提出膜学说：细胞内外钾离子的不均衡的分布和安静状态下细胞膜主

12、要对钾离子有通透性，不均衡的分布和安静状态下细胞膜主要对钾离子有通透性，是细胞保持内负外正的极化状态的基础。并认为动作电位是细胞保持内负外正的极化状态的基础。并认为动作电位是膜电位消失的表现。是膜电位消失的表现。 Hodgkin Hodgkin 认为细胞膜受刺激时，首先引起受刺激部分认为细胞膜受刺激时，首先引起受刺激部分的膜去极化，当去极化达到阈电位时，膜上的的膜去极化，当去极化达到阈电位时，膜上的NaNa+ +通道开通道开放，引起放，引起NaNa+ +电导增加，电导增加， NaNa+ +流入膜内，当流入膜内，当P PNaNa 大于大于P PK K时，时， NaNa+ +迅速内流，使膜内的正电

13、荷增加，因而进一步去极化，迅速内流，使膜内的正电荷增加，因而进一步去极化，于是达到一个新的平衡点，相当于于是达到一个新的平衡点，相当于NaNa+ +平衡电位平衡电位 ，用，用NernstNernst公式也可以计算。公式也可以计算。第30页/共60页 现证明，现证明，APAP期间膜对期间膜对NaNa和和K K的透性都升高，但时的透性都升高，但时间上不一致。去极化初期间上不一致。去极化初期NaNa通道几乎立即被激活，通道几乎立即被激活，在在0.5ms0.5ms内比静息时增大了内比静息时增大了500500倍。倍。第31页/共60页当细胞受到当细胞受到刺激刺激细胞膜上细胞膜上少量少量NaNa+ +通道

14、激活而开放通道激活而开放NaNa+ +顺浓度差少量内流顺浓度差少量内流膜内外电位差膜内外电位差局部电位局部电位当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时NaNa通道大量开放通道大量开放NaNa+ +顺电化学差和膜内负电位的吸引顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流再生式内流 NaNa+ + i i、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K K+ +泵泵APAP的产生机制的产生机制: :膜内负电位减小到零并变为正电位膜内负电位减小到零并变为正电位（APAP上升支上升支）NaNa+ +通道关通道关NaNa+ +内流停内流停+ +同时同时K K+ +通道激活而开放通道激活而开放K K顺浓度差

15、和膜内正电位的吸引顺浓度差和膜内正电位的吸引K K迅速外流迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到膜内电位迅速下降，恢复到RPRP水平水平（APAP下降支下降支）NaNa+ +泵出、泵出、K K+ +泵回，泵回，离子恢复到兴奋前水平离子恢复到兴奋前水平后电位后电位第32页/共60页（四）离子通道的门控机制（四）离子通道的门控机制 1. 电压门控电压门控Na+和和K+通道通道 Na通道的通道的2种门控状态：激活态门和失活态种门控状态：激活态门和失活态门（书门（书3-4图）。形成图）。形成3种状态：失活门开放，种状态：失活门开放，激活门关闭的可激活状态；激活门关闭的可激活状态；2种门都开放的激种门都开放的

16、激活状态；失活态门关闭，激活态门开放的失活活状态；失活态门关闭，激活态门开放的失活状态。状态。 P33 fig.3-4电压门控电压门控K通道只有开和关通道只有开和关2种状种状态。态。 2. 离子通道门在不同状态间的转换离子通道门在不同状态间的转换 书上图书上图3-5(P34 )第33页/共60页（-50 到30mv）第34页/共60页第35页/共60页2、离子通道在不同状态间的转换 静息状态时，Na+和K+通道都是关闭的，Na+通道的激活态门是关闭的，而失活态门是开放的，由于漏K+通道的大量存在，静息状态K+膜通透能力是Na+50-75倍； 由于受到刺激，膜除极化，部分Na+通道开放， Na+

17、浓度梯度和电压梯度两种力驱使Na+迅速向细胞内流动进一步除极化更多Na+通道开放，更多Na+内流（正反馈）第36页/共60页 Na+通道开放的同时，也启动了通道关闭过程：在激活态门开放之后、失活态门关闭之前的一段时间（约0.5ms），两种门处于开放状态 Na+迅速内流动作电位达到峰值，之后失活态门关闭，直至细胞膜恢复到它静息电位值的水平； Na+通道失活的同时，电压门控K+通道开放，动作电位从峰值返回静息状态水平第37页/共60页第38页/共60页 膜电位恢复到静息状态，Na+通道的失活态门开放，激活态门关闭（具有重新开放的能力），电压门控K+通道也关闭，但速度缓慢，持续增加了细胞膜对K+的渗

18、透性形成一个超极化电位。第39页/共60页（五）不应期和动作电位的“全或无” 特性1、兴奋细胞的不应期 在可兴奋细胞受刺激产生兴奋期间施加第二次刺激，第二次刺激所产生的效应会受到此兴奋的影响，细胞兴奋后的兴奋性状态由绝对不应期和相对不应期所组成。第40页/共60页 绝对不应期：组织兴奋后，在去极化之后到复极化达到一定程度之前对任何强度的刺激均不产生反应。 相对不应期绝对不应期之后，随着复极化的继续，组织的兴奋性有所恢复，只对阈上刺激产生兴奋思考：同一位点的动作电位会产生叠加吗？第41页/共60页 分 期 兴奋性 与APAP对应关系 机 制 绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活 相对不应期 渐

19、恢复 负后电位(7(7） 钠通道部分恢复 兴奋性的周期性变化返回刺激需要大于阀强度第42页/共60页2、动作电位的“全或无”特性 可兴奋细胞受到刺激时，或是产生一个可向外扩布、具有完全相同幅值、且幅值不随传导距离而衰减的动作电位（达阈电位），或是完全无动作电位的产生（低于阈电位），这种特性称为“全或无”。为什么？动作电位的实质;Na 和k博弈的结果。不是你死，就是我亡，没有和平状态。第43页/共60页第二节 神经冲动的传导 神经冲动的传导：神经冲动以动作电位的形式在同一细胞范围内扩布的过程。 神经冲动的传递：动作电位的扩布涉及到两个细胞第44页/共60页动作电位在同一细胞上的传导 无髓神经纤维

20、上动作电位是以无髓神经纤维上动作电位是以“局部电流局部电流”的形式进行的形式进行传导的。传导的。 有髓神经纤维外面包裹着一层电阻很高的髓鞘，动作电有髓神经纤维外面包裹着一层电阻很高的髓鞘，动作电位只能在没有髓鞘的朗飞氏结处产生位只能在没有髓鞘的朗飞氏结处产生“局部电流局部电流”。 第45页/共60页一、冲动传导的机制 Local current学说第46页/共60页静息部位膜内为负电位，膜外为正电位 兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差膜外的电流由静息部位向兴奋部位移动 膜内的电流由兴奋部位向静息部位移动形成局部电流膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升 膜外

21、：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的APAP局部电流 图示第47页/共60页无髓神经纤维：连续传导无髓神经纤维：连续传导有髓神经纤维：跳跃式传导有髓神经纤维：跳跃式传导 (saltatory conduction) (saltatory conduction)第48页/共60页影响传导速度因素 直径粗细 粗纤维R小，电流大，传导速度快 细纤维R大，电流小，传导速度慢 有无髓鞘 温度：恒温动物较变温动物快 猫 A.f: 100m/s 蛙 A.f: 40m/s 人尺神经 54m/s 第49页/共60页二、神经传导的一般特征 生理完整性:冷冻麻醉 双向传导

22、非递减性（不衰减性）why 绝缘性;神经干各纤维之间 相对不疲劳性第50页/共60页( (二) )神经干复合动作电位 神经干内许多神经纤维电活动成份的总和( (一) )神经干的组成第51页/共60页 以不同强度刺激，可观察到神经干动作电位从无到有逐渐增强到最大幅度，why？ 阈刺激、最大刺激、超最大刺激第52页/共60页 神经干是由许多兴奋性不同的神经纤维（细胞）组成，在保持足够的刺激时间不变时，刺激强度过小，不能引起任何反应； 随着刺激强度增加到某一定值，可引起少数兴奋性较高的神经纤维兴奋，该刺激强度为阈强度，具有阈强度的刺激叫阈刺激。 但当刺激强度增大到某一临界值时，所有的神经纤维都被兴奋

23、，引起最大幅度的复合动作电位，此后再增加刺激强度（超最大刺激），不会再引起幅度的继续增加。可引起神经最大反应的最小刺激强度为最适刺激强度，该刺激叫最大刺激或最适刺激。举5根例子第53页/共60页 如果将两个引导电极置于正常完整的神经干表面，当神经干的一端兴奋之后，兴奋波会先后通过两个引导电极（r1r1），可记录到两个相反方向的电位偏转波形，称为双相动作电位。如果两个引导电极之间的神经组织有损伤，兴奋波只能通过一个引导电极，不能传导至第二个引导电极，则只能记录到一个方向的电位偏转波形，称为单向动作电位。( (三三) )单相和双相动作电位单相和双相动作电位第54页/共60页第55页/共60页 62

24、.兴奋性是指机体的下列何种能力？ A.对刺激产生反应 B.作功 C.动作灵敏 D.能量代谢率增高 E.运动第56页/共60页 127. 在静息时,细胞膜外正内负的稳定状态称为: ( ) A 极化 B 超极化 C 反极化 D 复极化 E 去极化 128. 细胞膜内外正常Na+和K+的浓度差的形成和维持是由于: ( ) A 膜安静时K+通透性大 B 膜兴奋时对Na+通透性增加 C Na+易化扩散的结果 D 膜上Na+ -K+泵的作用 E 膜上Na+ -K+泵和Ca2+泵的共同作用第57页/共60页 129. 神经细胞动作电位上升支是由于: ( ) A K+内流 B Cl-外流 C Na+ 内流 D

25、 Na+外流 E K+外流 130. 关于神经纤维动作电位产生的机制,下述哪项是错误的: ( ) A 加大细胞外Na+浓度,动作电位峰值会减少 B 其去极过程是由于Na+内流形成的 C 其复极过程是由于K+外流形成的 D 膜电位去极到阈电位时, Na+通道迅速大量开放 E 该动作电位的形成与Ca2+无关第58页/共60页 166. 以下关于可兴奋细胞动作电位的描述,正确的是: ( ) A 动作电位是细胞受刺激时出现的快速而不可逆的电位变化 B 在动作电位的去极相,膜电位由内正外负变为内负外正 C 动作电位的大小不随刺激强度和传导距离而改变 D 动作电位的传导距离随刺激强度的大小而改变 E 不同的细胞,动作电位的幅值都相同第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页