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1、第三节细胞的生物电现象第三节细胞的生物电现象第1页，此课件共35页哦目的要求目的要求1.掌握静息电位、动作电位的概念、产生掌握静息电位、动作电位的概念、产生机制及影响因素，阈电位的概念及动作机制及影响因素，阈电位的概念及动作电位与局部电位的区别。电位与局部电位的区别。2.熟悉动作电位在同一细胞上的传导机制熟悉动作电位在同一细胞上的传导机制第2页，此课件共35页哦一、静息电位及其产生机制一、静息电位及其产生机制1.静息电位静息电位(resting potential,RP)：细胞处于静：细胞处于静 息状态时，膜两侧存在的外正内负的电位差。息状态时，膜两侧存在的外正内负的电位差。2.数值：数值：以
2、细胞外电位为零，则细胞内电位为负。以细胞外电位为零，则细胞内电位为负。通通常是稳定的直流电位。常是稳定的直流电位。（一）细胞的静息电位（一）细胞的静息电位第3页，此课件共35页哦 3.证明证明RP的实验的实验（甲甲）当当A、B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜外外，无无电电位位改改变变，证证明膜外无电位差明膜外无电位差。（乙乙）当当A电电极极位位于于细细胞胞膜膜外外，B电电极极插插入入膜膜内内时时，有有电电位位改改变变，证证明明膜膜内内、外外间间有电位差有电位差。（丙丙）当当A、B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜内内，无无电电位位改改变变，证证明膜内无电位差明膜内无电位差。第4页，此课件共35页
3、哦极极 化化 静息电位存在时细胞膜电位外正内负静息电位存在时细胞膜电位外正内负 的状态。的状态。去极化去极化 静息电位减小甚至消失的过程。静息电位减小甚至消失的过程。超极化超极化 静息电位增大的过程。静息电位增大的过程。反极化反极化 膜内电位由零变为正值的过程。膜内电位由零变为正值的过程。超超 射射 膜内电位高于零电位的部分。膜内电位高于零电位的部分。复极化复极化 去极化、反极化后向静息电位恢复的去极化、反极化后向静息电位恢复的 过程。过程。4.膜电位状态膜电位状态第5页，此课件共35页哦（二）静息电位产生的机制（离子流学说）（二）静息电位产生的机制（离子流学说）1.形成条件：形成条件：细胞膜
4、两侧离子的浓度分布不均。细胞膜两侧离子的浓度分布不均。Na+iNa+o1 10,K+iK+o30 1 Cl-iCl-o1 14,A-iA-o 4 1 不同状不同状态态下，下，细细胞膜胞膜对对各种离子的通透性不同。各种离子的通透性不同。通透性：通透性：K+Cl-Na+A-第6页，此课件共35页哦 K+i K+o P K+高高促进促进K+外流的浓度势能外流的浓度势能 阻碍阻碍K+外流的电场力外流的电场力 K+的净外流为零的净外流为零 K+平衡电位平衡电位2.RP的形成机理的形成机理K+外流外流第7页，此课件共35页哦（1）Nernst 公式公式 Ek=59.5 Log K+o/K+i (mV)理论
5、值理论值 87mV，实际值实际值 77mV实际值与理论值随实际值与理论值随K+浓度降低相差越大？浓度降低相差越大？（2）改变细胞外液中的）改变细胞外液中的K+浓度浓度（3）通道阻断剂四乙铵）通道阻断剂四乙铵(TEA)3.证明静息电位是钾离子平衡电位证明静息电位是钾离子平衡电位第8页，此课件共35页哦第9页，此课件共35页哦（三）影响静息电位的主要因素（三）影响静息电位的主要因素1.细胞膜在静息状态时对细胞膜在静息状态时对K+的通透性。的通透性。2.膜外膜外K+浓度与膜内浓度与膜内K+浓度的差决定浓度的差决定EK。3.钠钠-钾泵活动的水平。钾泵活动的水平。第10页，此课件共35页哦二、动作电位及
6、其产生机制二、动作电位及其产生机制1.动作电位动作电位(Action Potential,AP)：细胞受刺激：细胞受刺激 后在后在RP基础上发生可扩布的电位变化。基础上发生可扩布的电位变化。（一）细胞的动作电位（一）细胞的动作电位第11页，此课件共35页哦单一神经纤维的动作电位示意图单一神经纤维的动作电位示意图超射超射阈电位阈电位局部电位局部电位刺激伪迹刺激伪迹静息电位静息电位第12页，此课件共35页哦2.动作电位变化过程动作电位变化过程锋电位锋电位后电位后电位上升支上升支 去极化（去极化（-70mV 0mV）超射（超射（0mV +35mV）下降支下降支 复极化（复极化（+35mV -70mV
7、）去极化后电位（负后电位）去极化后电位（负后电位）超极化后电位（正后电位）超极化后电位（正后电位）AP第13页，此课件共35页哦（二）动作电位产生机制（二）动作电位产生机制膜内外膜内外Na+不均匀分布（外高内低）不均匀分布（外高内低）膜突然对膜突然对Na+通透增大（通透增大（Na+通道开放）通道开放）Na+内流达内流达Na+平衡电位平衡电位1.去极化去极化2.复极化复极化：Na+通道关闭，通道关闭，K+通道开放，通道开放，K+外流外流3.后电位的产生机制后电位的产生机制（1）负后电位）负后电位：细胞外一过性：细胞外一过性K+蓄积蓄积（2）正后电位）正后电位：Na泵活动增强泵活动增强第14页，此
8、课件共35页哦再生性循环再生性循环刺激刺激 Na+通道开通道开 Na+内流内流 去极化去极化 AP升支升支 K+外流外流K+通道开通道开AP降支降支第15页，此课件共35页哦4.证明动作电位是钠离子平衡电位证明动作电位是钠离子平衡电位（1）Nernst公式公式 ENa=59.5 Log Na+o/Na+i(mV)超射值超射值=ENa（2）改变细胞外液的）改变细胞外液的Na浓度浓度（3）河豚毒）河豚毒(tetrodotoxin,TTX）（4）电压钳或膜片钳）电压钳或膜片钳第16页，此课件共35页哦5.动作电位期间膜电导的变化（电压钳实验）动作电位期间膜电导的变化（电压钳实验）动作电位的产生先是由
9、于出现迅速增加的动作电位的产生先是由于出现迅速增加的Na+电电导，导，Na+在很强的电化学驱动力作用下形成在很强的电化学驱动力作用下形成Na+内向内向电流，使细胞膜迅速去极化，构成锋电位的升支；电流，使细胞膜迅速去极化，构成锋电位的升支；随后，随后，Na+电导减小，电导减小，K+电导增大使电导增大使K+外向电流增外向电流增强，加速了膜的复极，形成锋电位的降支。强，加速了膜的复极，形成锋电位的降支。GNa=1/RNa=INa/(Em ENa)GK=1/RK=IK/(Em EK)第17页，此课件共35页哦FBA：反馈放大器；：反馈放大器；E：监测膜电位，：监测膜电位，C：指令膜电位；：指令膜电位；
10、I：注射电流；：注射电流；I：记录电流。：记录电流。FBA 的两个输入端除接受膜电位的两个输入端除接受膜电位 E 的输入外，另一个接受指令的输入外，另一个接受指令电位电位 C，当两者电位相等时输出电流为零，当两者出现差异时，当两者电位相等时输出电流为零，当两者出现差异时，FBA 经电极经电极 I 输出电流，电流穿越细胞膜流出产生电压变化，使输出电流，电流穿越细胞膜流出产生电压变化，使 E 趋向于趋向于 C，如此便构成一，如此便构成一个使膜电位始终保持于个使膜电位始终保持于 C 的负反馈回路的负反馈回路 第18页，此课件共35页哦第19页，此课件共35页哦右图说明随着膜去极化，膜对右图说明随着膜
11、去极化，膜对Na+、K+的电导均增加，即通透性增加的电导均增加，即通透性增加1.去极化使膜对去极化使膜对Na+、K+通透通透性增加；性增加；2.去极化使膜对去极化使膜对Na+、K+速度速度不一样，不一样，Na+K+3.去极化程度升高，则膜对去极化程度升高，则膜对Na+、K+通透性进一步升高；通透性进一步升高；4.去极化时，去极化时，Na+通透性升高通透性升高持续时间短暂、持续时间短暂、K+通透性通透性升高持续时间长升高持续时间长第20页，此课件共35页哦6.膜对离子通透性变化的机制（膜片钳实验）膜对离子通透性变化的机制（膜片钳实验）离子通透性变化的实质是由于膜上离子离子通透性变化的实质是由于膜
12、上离子通道的开放和关闭造成的。通道的开放和关闭造成的。钠通道至少存在三种功能状态，即钠通道至少存在三种功能状态，即关闭、激关闭、激活活和和失活失活状态。状态。钾通道只有两种状态，即钾通道只有两种状态，即激活激活和和去激活去激活。第21页，此课件共35页哦钠通透性变化的本质（一）mmmhmmmhmmmh失活失活激活激活1ms复活复活复极到复极到RP去极去极自自动静息静息状状态失活失活状状态 激活激活状状态第22页，此课件共35页哦去极化将引起去极化将引起1.电压门控电压门控Na+通道的激活开放，膜对通道的激活开放，膜对Na+的通透的通透性可增高性可增高5000倍，倍，Na+顺电顺电-化学梯度迅速
13、内流化学梯度迅速内流而形成而形成AP升支。升支。2.电压门控电压门控Na+通道的时间依从性失活，导致通道的时间依从性失活，导致Na+通道关闭和通道关闭和Na+内流停止。内流停止。3.电压门控电压门控K+通道延迟性开放，膜对通道延迟性开放，膜对K+通透性升通透性升高，高，K+顺电顺电-化学梯度外流而形成降支，也使化学梯度外流而形成降支，也使得得Na+通道复活到备用状态。通道复活到备用状态。钠通透性变化的本质（二）第23页，此课件共35页哦（三）动作电位的产生条件（三）动作电位的产生条件1.阈电位（阈电位（threshold potential）：能触发能触发AP 的临界膜电位。的临界膜电位。2.
14、意义：意义：任何刺激必须使膜内电位上升到阈电任何刺激必须使膜内电位上升到阈电 位水平才能爆发动作电位。位水平才能爆发动作电位。3.细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的差细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的差值呈反变关系值呈反变关系 第24页，此课件共35页哦再生性循环再生性循环刺激刺激 Na通道开通道开 Na内流内流 去极化去极化 AP升支升支K外流外流K通道开通道开AP降支降支第25页，此课件共35页哦1.“全或无全或无”（all-or-none）现象现象 2.不衰减性传导不衰减性传导 3.脉冲式脉冲式（四）动作电位的特点（四）动作电位的特点第26页，此课件共35页哦（五）动作电
15、位的传导（五）动作电位的传导1.传导：兴奋在同一细胞上传播的过程。传导：兴奋在同一细胞上传播的过程。2.局部电流：已兴奋处和未兴奋处因电位差而局部电流：已兴奋处和未兴奋处因电位差而 引起的电荷移动。引起的电荷移动。3.原理：原理：以局部电流的形式传导。以局部电流的形式传导。第27页，此课件共35页哦第28页，此课件共35页哦有髓神经纤维传导兴奋的方式是跳跃式传导有髓神经纤维传导兴奋的方式是跳跃式传导 第29页，此课件共35页哦三、局部兴奋三、局部兴奋1.局部兴奋局部兴奋(local potention)：细胞受刺激时膜电位的轻微去极化。细胞受刺激时膜电位的轻微去极化。2.特性：特性：(1)非非
16、“全或无全或无”现象，随阈下刺激增大而增大现象，随阈下刺激增大而增大(2)衰减传播衰减传播-电紧张性扩布电紧张性扩布(3)总和现象（时间性、空间性）总和现象（时间性、空间性）3.意义：意义：改变本身和相邻细胞膜各点的兴奋性。改变本身和相邻细胞膜各点的兴奋性。第30页，此课件共35页哦第31页，此课件共35页哦电紧张性扩布电紧张性扩布第32页，此课件共35页哦局部反应与局部反应与AP的区别的区别局部兴奋局部兴奋 阈下刺激阈下刺激钠通道少量开放钠通道少量开放非非“全或无全或无”有总和效应有总和效应 电紧张性传播电紧张性传播动作电位动作电位 阈阈(上上)刺激刺激钠通道大量开放钠通道大量开放“全或无全
17、或无”无总和效应无总和效应 非衰减性传播非衰减性传播比较项比较项刺激强度刺激强度钠通道开放钠通道开放电变化特点电变化特点 传播特点传播特点第33页，此课件共35页哦四、可兴奋细胞及其兴奋性四、可兴奋细胞及其兴奋性（一）兴奋性和可兴奋细胞（一）兴奋性和可兴奋细胞1.兴奋（兴奋（excitation）：）：产生产生AP2.可兴奋细胞：受刺激后能产生动作电位的细胞（神可兴奋细胞：受刺激后能产生动作电位的细胞（神经细胞、肌细胞和腺细胞经细胞、肌细胞和腺细胞）。）。第34页，此课件共35页哦绝对不应期绝对不应期（absolute refractory period,ARP）：兴奋性为零兴奋性为零相对不应期相对不应期（relative refractory period,RRP）：）：兴奋性低于正常水平兴奋性低于正常水平 超常期超常期（supernormal period,SNP）：）：兴奋性高于正常水平兴奋性高于正常水平 低常期低常期（subnormal period）：兴奋性低于正常水平兴奋性低于正常水平（二）细胞兴奋后兴奋性的周期性变化（二）细胞兴奋后兴奋性的周期性变化第35页，此课件共35页哦