Chapt细胞的基本功能.pptx

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1、一一.静息电位静息电位(Resting potential)静息电位的引导方法；静息电位的引导方法；静息电位的概念；静息电位的概念；相关术语；相关术语；静息电位的产生机制；静息电位的产生机制；影响静息电位的因素。影响静息电位的因素。第1页/共82页1.静息电位的引导方法静息电位的引导方法intracellular potential recording第2页/共82页Measurement of the resting potential 1939,AL HodgKin and AF Huxley,two famous physiologists at University of Cambri

2、dge in England Winners of the Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963第3页/共82页第4页/共82页Intracellular potential recording第5页/共82页第6页/共82页第7页/共82页第8页/共82页第9页/共82页第10页/共82页第11页/共82页2.静息电位的概念静息电位的概念定义（RP）：是指细胞未受刺激时存在于细胞膜内、外两侧的电位差。特点：a：RP表现为膜内较膜外为负，即内负外正。b：RP在大多数细胞是一种稳定的直流电位。第12页/共82页3.相关术语相关术语（）极化（）极化（

3、polarization)：静息时，膜两侧的静息时，膜两侧的内内 负外正状态。负外正状态。（2）超极化）超极化（hyperpolarization）：）：膜内电位膜内电位向负向负 值变大的方向变化。值变大的方向变化。（3）去极化）去极化（depolarization）：）：膜内电位向负膜内电位向负值减小的方向变化。值减小的方向变化。（4）复极化）复极化（repolarization）：）：由去极化或超由去极化或超极化极化 向向RP值恢复。值恢复。第13页/共82页第14页/共82页第15页/共82页第16页/共82页4.静息电位产生的机制静息电位产生的机制:1902年，年，Bernstein提

4、出提出膜学说膜学说（1）细胞内外各种离子的浓度分布不均；）细胞内外各种离子的浓度分布不均；（2）细胞膜对离子的通透性不一样；）细胞膜对离子的通透性不一样；（3）离子的通透性会发生改变。）离子的通透性会发生改变。推推测测：静静息息时时，细细胞胞膜膜对对K+通通透透，对对Na+不通透，不通透，K+外流形成外流形成K+平衡电位（平衡电位（K+equilibrium potential，EK）。）。静息电位就等于静息电位就等于K+平衡电位平衡电位JuliusBernstein1839-1917第17页/共82页（）化学现象（）化学现象 要要在在膜膜两两侧形形成成电位位差差，必必须具具备两两个个条条件件

5、：膜膜两两侧的的离离子子分分布布不不均均，存存在在浓度度差差；对离离子子有有选择性通透的膜。性通透的膜。膜膜两两侧KK+差差是是促促使使K K+扩散散的的动力力，但但随随着着K K+的的不不断断扩散散，膜膜两两侧不不断断加加大大的的电位位差差是是K K+继续扩散散的的阻阻力力，当当动力力和和阻阻力力达达到到动态平平衡衡时，K K+的的净扩散散通通量量为零零膜两膜两侧的平衡的平衡电位位。通透膜 选择性通透膜 第18页/共82页（）静息电位的产生条件静息状态下细胞膜内、外离子分布不均 Na+iNa+o110 K+iK+o301 Cl-iCl-o114 A-iA-o 41静息状态下细胞膜对离子的通透

6、性具有选择性通透性：K+Cl-Na+A-第19页/共82页静息时膜内外各离子的浓度静息时膜内外各离子的浓度离子膜内浓度膜外浓度平衡电位离子膜内浓度膜外浓度平衡电位（mmol/L）（mmol/L）(mV)K+400 20 -75Na+50 440 +55Cl-52 560 -60A-385 -第20页/共82页（）RP产生机制的膜学说:静息状态下细胞膜内外离子分布不均；细胞膜对离子的通透具有选择性:K+Cl-Na+A-KK i i顺浓度差向膜外度差向膜外扩散散 AA-i i不能向膜外不能向膜外扩散散K+iK+i、A-iA-i膜内膜内电位位(负电场)K+o K+o膜外膜外电位位(正正电场)膜外膜外

7、为正、膜内正、膜内为负的极化状的极化状态当当扩散散动力与阻力达到力与阻力达到动态平衡平衡时=RP=RP结论:RP的产生主要是K向膜外扩散的结果。RP=K+的平衡电位第21页/共82页膜在安静状态下，K+能以易化扩散的形式移向膜外：1)K+外移动力：浓度差。结构基础：膜在安静状态下只对K+有通透性2)K+外移阻力：移到膜外的K+所造成的外正内负的电场力3)当K+外移的动力与阻力相等时，膜内外不再有K+的净移动，而此时膜两侧的电位差稳定在某一数值，称为K+平衡电位（Ek）。也就是RP。4)K+平衡电位的数值，由膜两侧原初存在的K+浓度差的大小决定的第22页/共82页Nernst Equation:

8、K+Concentration gradient Ko/Ki Electricalgradient(potential)for K+C,the Nernst Equation become:Electrochemicaldrivingforce60第23页/共82页Membrane potential and equilibrium potential of different ions第24页/共82页 5.5.影响影响RPRP的因素的因素 （1）细胞外）细胞外K+浓度，浓度，（2）细胞膜对）细胞膜对Na+、K+的通透性；的通透性；（3）钠）钠-钾泵的作用。钾泵的作用。第25页/共82页二、

9、动作电位二、动作电位(Action potential)动作电位的模拟实验动作电位的模拟实验动作电位的概念动作电位的概念动作电位的特点动作电位的特点动作电位的产生机制动作电位的产生机制动作电位的引起和传导动作电位的引起和传导第26页/共82页1.第27页/共82页1、定义：、定义：2、组成：、组成：去极相：去极化去极相：去极化超射锋电位超射锋电位复极相：复极化初期复极相：复极化初期后电位：负后电位后电位：负后电位正后电位正后电位AP是是膜膜两两侧侧电电位位在在RP基基础础上上发发生生的的一一次次可可扩扩布布的的快快速速而而可可逆逆的的倒倒转转，是是细细胞胞兴兴奋奋的标志。的标志。2.动作电位的

10、概念动作电位的概念第28页/共82页 动作电位的图形动作电位的图形第29页/共82页锋电位锋电位(Spike potential)AP的主要成分和标志超射：膜电位高于零的部分第30页/共82页后电位后电位（after-potential）第31页/共82页“全或无全或无”（all or none)现象；现象；不衰减传导；不衰减传导；瞬时性；瞬时性；极化反转。极化反转。3.动作电位的特点动作电位的特点意义：AP的产生是细胞兴奋的标志第32页/共82页4.动作电位的产生机制动作电位的产生机制l推测：细胞受到刺激时，细胞膜对推测：细胞受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，的通透性增加，Na+内流。

11、内流。l间接证据：等张葡萄糖代替间接证据：等张葡萄糖代替NaCl；l直接证据：实验直接证据：实验（作为了解）（作为了解）（1）电压钳技术）电压钳技术(voltage clamp)；（2）膜片钳技术）膜片钳技术(patch clamp)。第33页/共82页膜片钳技术膜片钳技术消化细胞；消化细胞；拉制电极；拉制电极；钳制细胞；钳制细胞；记录电流。记录电流。第34页/共82页心室肌细胞心室肌细胞第35页/共82页第36页/共82页第37页/共82页第38页/共82页第39页/共82页第40页/共82页AP产生机制产生机制（1）锋电位）锋电位 上升支：去极相上升支：去极相由由Na+内流形成，是内流形成

12、，是Na+的平衡电位的平衡电位有效刺激有效刺激部分部分Na+通道开放通道开放少量少量Na+内流内流膜去极化膜去极化达到阈电位达到阈电位大量大量Na+通道开放通道开放大大量量Na+内流内流膜内负电位消失，出现正电位。膜内负电位消失，出现正电位。下降支：复极相下降支：复极相Na+通通道道失失活活K+通通透透性性升升高高 Na+内内流流停停止止，K+外流外流膜内电位由正向负值变化膜内电位由正向负值变化静息电位。静息电位。第41页/共82页第42页/共82页Depolarization第43页/共82页Repolarization第44页/共82页（2）后电位：后电位：负后电位：快速负后电位：快速K+

13、外流堆积，复极化减慢；外流堆积，复极化减慢；正后电位：钠泵活动。正后电位：钠泵活动。注：兴奋后的静息期：钠泵活动增强，使兴奋前原有的离子分布状态得以恢复。第45页/共82页AP产生机制产生机制第46页/共82页当细胞受到刺激当细胞受到刺激细胞膜上少量细胞膜上少量NaNa+通道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+ii、K+OK+O激活激活NaNa+K

14、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Na+Na+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47页/共82页结论：结论：APAP的的上上升升支支由由NaNa内内流流形形成成，下下降降支支是是K K外外流流形

15、形成成的的，后后电位是电位是NaNaK K 泵活动引起的。泵活动引起的。APAP的产生是不消耗能量的，的产生是不消耗能量的，APAP的恢复是消耗能量的（的恢复是消耗能量的（NaNaK K泵的活动）。泵的活动）。APAP幅值幅值=RP=RP值值+超射值超射值=E=EK K+E+ENaNa 证明：证明：NernstNernst公式的计算公式的计算:AP AP达到的达到的超射值超射值（正电位值）相当于计算所得的（正电位值）相当于计算所得的NaNa的平衡的平衡电位电位(E(ENaNa)值值 应用应用NaNa通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（APAP消

16、失）消失）第48页/共82页离子通道的特性AP的产生实质上是受刺激后的产生实质上是受刺激后Na+、K+通道状通道状态的改变。态的改变。K+通道：是电压依赖式离子通道，有开、关通道：是电压依赖式离子通道，有开、关两种状态两种状态阻断剂：四乙基胺（阻断剂：四乙基胺（TEA）Na+通道通道:是电压及时间依赖式离子通道，是电压及时间依赖式离子通道，有备用、激活、失活三种状态有备用、激活、失活三种状态阻断剂：河豚毒素（阻断剂：河豚毒素（TTX）、局麻药）、局麻药第49页/共82页Voltage-gated Ion Channels第50页/共82页第51页/共82页AP的产生与膜通透的产生与膜通透性的关

17、系性的关系第52页/共82页5.动作电位的引起与传导动作电位的引起与传导动作电位的引起动作电位的引起细胞兴奋后兴奋性周期性变化细胞兴奋后兴奋性周期性变化局部反应局部反应动作电位的传导动作电位的传导第53页/共82页动作电位的引起动作电位的引起1、刺激、刺激(Stimulation)：（1）刺激：）刺激：细胞所处环境因素的改变。细胞所处环境因素的改变。（2）刺激三要素：）刺激三要素：刺激强度、刺激作刺激强度、刺激作用时间、强度用时间、强度-时间变化率；时间变化率；第54页/共82页(3)(3)阈强度阈强度(threshold intensity)(threshold intensity)：把刺激

18、的作用：把刺激的作用时间和强度时间和强度-时间变化率都固定在某一适当时间变化率都固定在某一适当数值，能引起组织细胞兴奋所必需的最小数值，能引起组织细胞兴奋所必需的最小刺激强度，简称阈值刺激强度，简称阈值(threshold)(threshold)阈值是衡量组织细胞兴奋性高低的指标阈值是衡量组织细胞兴奋性高低的指标。阈刺激：刺激强度等于阈强度的刺激 阈下刺激：刺激强度小于阈强度的刺激 阈上刺激：刺激强度大于阈强度的刺激 阈刺激和阈上刺激可以引起组织细胞兴奋，而阈下刺激则不能第55页/共82页2.兴奋性及兴奋兴奋性及兴奋(Excitability&excitation)兴奋性：细胞受到刺激时产生动

19、作电位的能力。兴奋性：细胞受到刺激时产生动作电位的能力。兴奋：动作电位的同义词。兴奋：动作电位的同义词。可兴奋细胞：肌肉、神经、腺体。可兴奋细胞：肌肉、神经、腺体。阈强度是衡量细胞兴奋性高低的指标，阈强度阈强度是衡量细胞兴奋性高低的指标，阈强度高，则兴奋性低；阈强度低，则兴奋性高。高，则兴奋性低；阈强度低，则兴奋性高。第56页/共82页3、阈电位、阈电位（Threshold potential）阈阈电电位位：能能进进一一步步诱诱发发动动作作电电位位的的去去极化临界膜电位值，称为阈电位；极化临界膜电位值，称为阈电位；阈阈 电电 位位 一一 般般 较较 静静 息息 电电 位位 的的 负负 值值 少

20、少1020mV。衡量兴奋性高低的指标衡量兴奋性高低的指标第57页/共82页到达阈电位值的去极化 一定数量的Na+通道的开放 Na+内流 膜的进一步去极化 更多Na+通道开放“正反馈”或称为再生性循环的过程 直至达到Na+的平衡电位 第58页/共82页细胞兴奋后兴奋性的周期性变化细胞兴奋后兴奋性的周期性变化实验方法：实验方法：先后两次刺激先后两次刺激 1)阈刺激，细胞兴奋阈刺激，细胞兴奋 2)改变频率和刺激强改变频率和刺激强度，观察细胞的兴奋度，观察细胞的兴奋第59页/共82页细胞兴奋后兴奋性周期性变化细胞兴奋后兴奋性周期性变化第60页/共82页对阈下刺激反应对阈上刺激反应第61页/共82页产生

21、机制产生机制绝对不应期绝对不应期（absolute refractory period）：Na+通道完全失活；通道完全失活；相对不应期相对不应期（relative refractory period）：Na+通道部分复活；通道部分复活；超常期超常期（supranormal period）：Na+通道大部分复活，膜电位小于通道大部分复活，膜电位小于RP；低常期低常期（subnormal period）：膜电位处于超极化状态；膜电位处于超极化状态；第62页/共82页Action Potential Stages:Overview第63页/共82页.局部反应局部反应（local response)l

22、概概念念：细细胞胞受受到到阈阈下下刺刺激激时时，可可引引起起受受刺刺激激的的膜膜局局部部出出现现一一个个较较小小的的去去极极化化，称称为为局局部部反反应应或局部兴奋或局部兴奋l阈阈下下刺刺激激该该段段膜膜中中NaNa+通通道道的的少少量量开开放放少少量量NaNa+内流内流 膜轻度去极化膜轻度去极化第64页/共82页特点特点:（1）电电紧紧张张传传播播(electrotonic propagation),呈衰减性传导；呈衰减性传导；（2）等级性，非）等级性，非“全或无全或无”式；式；（3）可可 以以 总总 和和：时时 间间 总总 和和(temporal summation)空间总和空间总和(sp

23、atial summation)第65页/共82页局部兴奋的特点局部兴奋的特点第66页/共82页Graded potentials decrease in strength as they spread out from the point of originStimulus第67页/共82页第68页/共82页.动作电位的传导动作电位的传导局部电流学说局部电流学说 局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之间存在电位差，而发生的电荷移动。间存在电位差，而发生的电荷移动。第69页/共82页1 .1 .兴奋在无髓神经纤维上的传导兴奋在无髓神经纤维上的传导第70页/共82页 局部电

24、流（local current）：在已兴奋的细胞膜和与它相邻的未兴奋的细胞膜之间，由于电位差的出现而发生电荷移动。运动方向：在膜外的正电荷由未兴奋段移向已兴奋段，而膜内的正电荷由已兴奋段移向未兴奋段。结果：是造成邻近未兴奋的细胞膜去极化达阈电位，出现它自己的动作电位。第71页/共82页Conduction of Action Potentials第72页/共82页Conduction of Action Potentials第73页/共82页Conduction of Action Potentials第74页/共82页 所谓动作电位（兴奋）的传导：所谓动作电位（兴奋）的传导：实际是实际是已兴

25、奋的膜部分已兴奋的膜部分通过局部电流通过局部电流“刺激刺激”了了未未兴奋的膜部分兴奋的膜部分使之出现动作电位；使之出现动作电位；这样的过程在膜表面连续进行下去，就表现为兴奋这样的过程在膜表面连续进行下去，就表现为兴奋在整个细胞的传导。在整个细胞的传导。所以所以,AP,AP呈不衰减性传导呈不衰减性传导第75页/共82页 2.2.兴奋在有髓神经纤维上的传导兴奋在有髓神经纤维上的传导第76页/共82页跳跃式传导（saltatory conduction）第77页/共82页跳跃式传导的优点：传导速度快；耗能少跳跃式传导的优点：传导速度快；耗能少。第78页/共82页影响传导速度的因素影响传导速度的因素轴突直径轴突直径是否有髓鞘是否有髓鞘第79页/共82页3 3 神经纤维兴奋传导的特征神经纤维兴奋传导的特征不衰减性传导双向传导绝缘性相对不疲劳性生理完整性第80页/共82页summary1.resting potential:2.action potential:3.local response:4.threshold potential:5.conduction of the AP:第81页/共82页感谢您的观看！第82页/共82页