細(xì)胞生物電現(xiàn)象課件

1、,細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,,細(xì)胞生物電現(xiàn)象主要有兩種表現(xiàn)形式： 靜息電位 動(dòng)作電位 體內(nèi)各種器官或多細(xì)胞結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的多種形式生物電現(xiàn)象，大多數(shù)可根據(jù)細(xì)胞水平的這些基本電現(xiàn)象來解釋。,1、靜息電位,●概念： 指細(xì)胞在安靜時(shí)，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差，稱為跨膜靜息電位，簡稱靜息電位?！駱O化

2、： 細(xì)胞靜息時(shí)膜內(nèi)側(cè)帶負(fù)電，外側(cè)帶正電的狀態(tài)稱為極化。,,,,體內(nèi)所有細(xì)胞的靜息電位都表現(xiàn)為膜內(nèi)側(cè)帶負(fù)電，外側(cè)帶正電。 各種不同的細(xì)胞有各自穩(wěn)定的靜息電位： 哺乳動(dòng)物神經(jīng)、骨骼肌、平滑肌、心肌細(xì)胞靜息電位為-70~-90mV； 人紅細(xì)胞靜息電位為-10mV等。,2、動(dòng)作電位,● 在神經(jīng)纖維一端記錄靜息電位同時(shí)，在纖維另一端給予電刺激，經(jīng)過極

3、短潛伏期后，記錄電極部位在靜息電位基礎(chǔ)上出現(xiàn)一個(gè)快速的生物電變化。,,,,●圖形： 上升相 去極化動(dòng)作電位 下降相 復(fù)極化,,,,,生物電現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)制,（一）生物電現(xiàn)象的離子學(xué)說,生物電的產(chǎn)生依賴于細(xì)胞膜對化學(xué)離子嚴(yán)格選擇性的通透性及其在不同條件下的變化。,,1、細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布

4、的不均勻 膜內(nèi)有較多的K+和帶負(fù)電的大分子有機(jī)物，膜外有較多的Na+和Cl-。 據(jù)測定，各類細(xì)胞在膜內(nèi)的K+濃度約為膜外的20-40倍，而Na+濃度則膜外約為膜內(nèi)的7-12倍。,,2、膜對離子的選擇通透性 鑲嵌于脂質(zhì)雙分子層中的各種通道蛋白質(zhì)，分別對某種離子有選擇性通透能力。 在不同生理?xiàng)l件下，通道的機(jī)能狀態(tài)（離子通道開放、關(guān)閉、開

5、放數(shù)量等）可以迅速改變，從而使細(xì)胞膜對各種離子的通透性發(fā)生改變。 例如：安靜情況下，膜對K+通透性最大，對Cl-次之，對Na+通透性很小，對帶負(fù)電的大分子有機(jī)物則幾乎不通透。,,（二）靜息電位與K+平衡電位,1、過程,細(xì)胞安靜時(shí)，K+順化學(xué)濃度剃度向膜外擴(kuò)散，膜內(nèi)帶負(fù)電大分子有機(jī)物留在膜內(nèi)。 K+外流加大膜兩側(cè)電場力，使同性電荷相斥和異性電荷相吸的力量也在不斷增加。當(dāng)濃度差和電場力對K

6、+移動(dòng)的效應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，膜對K+的凈通量為零。 K+平衡電位（Ek）。,,,2、實(shí)驗(yàn)證明,●改變細(xì)胞浸浴液K+濃度 ●槍烏賊巨軸突灌流實(shí)驗(yàn) 結(jié)論： 靜息電位主要取決于K+平衡電位，膜內(nèi)K+向膜外擴(kuò)散至維持膜內(nèi)外動(dòng)態(tài)平衡的水平是形成靜息電位的主要離子基礎(chǔ)。,,(三)動(dòng)作電位與Na+平衡電位,1、過程,去極化： 細(xì)胞受刺激發(fā)生興奮時(shí)：鈉通道

7、被“激活”而開放，Na+流入膜內(nèi)，膜內(nèi)負(fù)電位隨著正電荷的進(jìn)入而迅速被抵消，膜內(nèi)出現(xiàn)正電位，形成動(dòng)作電位上升相。 Na+內(nèi)流動(dòng)力：膜兩側(cè)Na+濃度差與靜息電位。,,Na+平衡電位（ENa） ： Na+內(nèi)流造成膜內(nèi)正電位，是Na+進(jìn)一步內(nèi)流的阻力。 當(dāng)Na+內(nèi)流的動(dòng)力與阻力達(dá)到平衡時(shí)，膜上Na+凈通量為零，膜兩側(cè)電位差達(dá)到了一個(gè)新的平衡電位。,,復(fù)極化： 鈉通道

8、進(jìn)入 “失活”狀態(tài)時(shí)，膜對K+的通透性進(jìn)一步增大，膜內(nèi)K+順濃度差和電位差（膜內(nèi)帶正電）推動(dòng)向膜外擴(kuò)散，使膜內(nèi)電位由正值向負(fù)值發(fā)展，直至回到原初安靜時(shí)電位水平。 此時(shí)鈉通道失活狀態(tài)解除，回復(fù)到可被激活或備用狀態(tài)，細(xì)胞又能接受新的刺激。,,復(fù)極后的恢復(fù)期： 據(jù)估計(jì)，神經(jīng)纖維每興奮一次，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)Na+量大約使膜內(nèi)Na+濃度增加八萬分之一，逸出的K+量也近似這個(gè)數(shù)值。

9、 這種狀態(tài)激活細(xì)胞膜上鈉-鉀泵，將細(xì)胞內(nèi)多余Na+運(yùn)至細(xì)胞外，將細(xì)胞外多余K+運(yùn)回細(xì)胞內(nèi)，從而使細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度恢復(fù)到原初安靜時(shí)的水平，重建膜的靜息電位。,說明：,除Na+、K+以外，其他離子如Ca2+、Cl-與靜息電位及動(dòng)作電位也有關(guān)：●靜息電位的維持除了K+外流外，Na+、Cl-的內(nèi)流也起了一定的作用?！駝?dòng)作電位發(fā)生時(shí)，除Na+內(nèi)流、K+外流外，至少還有Ca2+內(nèi)流。Ca2+內(nèi)流量雖不多，但很重要，特別是對神經(jīng)末梢和肌纖維激活

10、，Ca2+是必不可少的。,（1）無Na+細(xì)胞浸浴液：神經(jīng)浸浴于無Na+溶液時(shí)，動(dòng)作電位不出現(xiàn)。 （2）降低細(xì)胞浸浴液Na+濃度：用蔗糖或氯化膽堿替代細(xì)胞浸浴液中Na+，使細(xì)胞外液Na+濃度減小而滲透壓、靜息電位保持不變，發(fā)生的動(dòng)作電位幅度或其超射值減小，減小的程度和Na+平衡電位減小的預(yù)期值相一致。,2、實(shí)驗(yàn)證明,,3、動(dòng)作電位主要特點(diǎn),（1）全或無 （2）非遞減性傳導(dǎo),,（四

11、）細(xì)胞興奮后興奮性 的變化與動(dòng)作電位,1、興奮性變化,條件-測試法： 先用一條件刺激（閾上刺激）作用于組織，再用測試刺激測定閾值變化。 測試刺激閾值＜條件刺激閾值 測試刺激閾值＝條件刺激閾值 測試刺激閾值＞條件刺激閾值 當(dāng)組織發(fā)生興奮后其興奮性變化依次經(jīng)歷四個(gè)時(shí)期（依哺乳動(dòng)物粗神經(jīng)纖維為例）。,,,,,不應(yīng)期存在，意味著在單位時(shí)間內(nèi)只能發(fā)生一定

12、次數(shù)的興奮。 哺乳動(dòng)物神經(jīng)的動(dòng)作電位絕對不應(yīng)期一般為1ms，從理論上講每秒最多能傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)約1000次/S ，但正常人體神經(jīng)纖維產(chǎn)生沖動(dòng)的頻率通常為10-100次/S ，最高頻率很少超過200次/S，說明神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)保存著很大儲(chǔ)備能力。,2、動(dòng)作電位的鋒電位與后電位,鋒電位動(dòng)作電位 負(fù)后電位 后電位

13、 正后電位,,,,,后電位產(chǎn)生機(jī)制： 負(fù)后電位可能是膜復(fù)極時(shí)，K+迅速外流而積聚于膜外附近，使膜內(nèi)外K+濃度差變小，因而暫時(shí)阻礙了K+外流的結(jié)果； 正后電位可能由于此時(shí)鈉泵活動(dòng)加強(qiáng)，由于生電泵的作用（泵出的Na+超過泵入的K+）而使膜電位暫時(shí)出現(xiàn)輕度的超極化。,鋒電位與后電位,鋒電位 大致相當(dāng)于絕對不應(yīng)期

14、 負(fù)后電位 大致相當(dāng)于相對 不應(yīng)期和超常期 后電位 正后電位 大致相當(dāng)于低常期,,,,,,第三節(jié) 神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生和傳導(dǎo),,一、神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生 （一）外向電流和電緊張性電位,1、極性法則,概念：當(dāng)用短暫的直

15、流電刺激神經(jīng)時(shí)，通常僅在通電和斷電時(shí)各引起一次興奮，通電時(shí)興奮發(fā)生在陰極部位，斷電時(shí)則在陽極部位。,,,,原因： 當(dāng)電極置于神經(jīng)纖維表面通電時(shí)，刺激電流在陽極處由膜外流向膜內(nèi)，再在陰極處由膜內(nèi)流向膜外，即在陽極處存在著內(nèi)向電流，在陰極處存在著外向電流。,內(nèi)向電流造成電壓降與膜兩側(cè)原有靜息電位（內(nèi)負(fù)外正）一致，結(jié)果使膜電位數(shù)值增大，膜處于超極化狀態(tài)，即膜興奮性下降。 外向電流造成電壓降與膜兩

16、側(cè)原有靜息電位（外正內(nèi)負(fù)）電壓差方向相反，兩者互相抵消，結(jié)果使陰極下膜靜息電位數(shù)值減少，處于去極化狀態(tài)，即興奮性升高。,,2、電緊張性電位,概念：閾下強(qiáng)度刺激作用所引起的膜電位變化通稱 為電緊張性電位。特點(diǎn)：●隨著刺激強(qiáng)度增強(qiáng)而增大； ●按一般電學(xué)規(guī)律向周圍擴(kuò)布，呈指數(shù)衰減。 （電緊張性擴(kuò)布）。,,（二）局部反應(yīng)、閾電位和 動(dòng)作電位

17、,1、局部反應(yīng),外向電流加大到一定程度便可導(dǎo)致神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生。,局部反應(yīng)與電緊張性電位,相同點(diǎn)： 局部反應(yīng)幅度也可隨著刺激強(qiáng)度的強(qiáng)弱而增減，并作電緊張性擴(kuò)布。 局部反應(yīng)特點(diǎn)：不同點(diǎn)： ●電緊張性電位完全是由于電刺激造成的去極化（膜電容電流）所引起； ●局部反應(yīng)是由于電刺激造成的去極化和少量Na+內(nèi)流造成的去極化疊加所引起，是動(dòng)作電位前身。,2

18、、閾電位和動(dòng)作電位,閾電位： 當(dāng)刺激增強(qiáng)到閾值，使膜電位減小到臨界水平（神經(jīng)、肌肉細(xì)胞約在-50至-70mv），便爆發(fā)動(dòng)作電位。這一臨界膜電位水平稱為閾值膜電位或簡稱閾電位。,閾刺激與閾電位關(guān)系,閾刺激： 刺激強(qiáng)度和作用時(shí)間等參數(shù)足以使膜電位去極化到閾電位的刺激,,（二）閾下刺激、局部反應(yīng) 及其總和,1、閾下刺激與局部反應(yīng),單個(gè)閾下刺激產(chǎn)生的局部反應(yīng)可以使膜的興奮性提

19、高（P59圖3－6） 。,2、局部反應(yīng)與總和,p59： （1）時(shí)間性總和：在膜同一部位相繼給予兩個(gè)閾下刺激，二個(gè)閾下刺激引起的局部反應(yīng)發(fā)生疊加，稱為時(shí)間性總和； （2）空間性總和：在膜相鄰的兩個(gè)部位同時(shí)給予閾下刺激，各自的局部反應(yīng)發(fā)生疊加，稱為空間性總和。,,,局部反應(yīng)經(jīng)過總和使靜息電位減?。ㄈO化）到閾電位水平，細(xì)胞膜可產(chǎn)生一次動(dòng)作電位。 總和現(xiàn)象生理意義在于使局部的興奮有可能轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)的動(dòng)作

20、電位。,歸 納：,閾刺激 細(xì)胞興奮可由 兩種方式引起 閾下刺激的總和效應(yīng),,,二、神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo) (一) 神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)機(jī)制 （p59）,,傳導(dǎo)與傳遞,當(dāng)神經(jīng)纖維某一局部發(fā)生興奮時(shí)，膜外為負(fù)電位，膜內(nèi)為正電位，但臨

21、近靜息部位的膜外仍然是正電位，膜內(nèi)是負(fù)電位。 膜外興奮部位與未興奮部位之間的電位差形成內(nèi)向電流；膜內(nèi)興奮部位與未興奮部位之間的電位差形成外向電流。,局部電流學(xué)說,,（ 二）神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)方式與速度,1、神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)方式,●有髓神經(jīng)纖維的傳導(dǎo) 方式： 跳躍式傳導(dǎo)●無髓神經(jīng)纖維的傳導(dǎo) 方式： 局部產(chǎn)生的動(dòng)作電位沿膜表面依次傳導(dǎo)。,,,2、影響神經(jīng)纖維傳導(dǎo)速度的因

22、素,●神經(jīng)纖維粗細(xì)、髓鞘厚度 一般說來，神經(jīng)纖維越粗，髓鞘越厚，其傳導(dǎo)速度越快?！駵囟?隨著溫度降低，傳導(dǎo)速度減慢，當(dāng)溫度降低到0℃時(shí)，神經(jīng)纖維興奮傳導(dǎo)就會(huì)發(fā)生阻滯。,,（三）神經(jīng)傳導(dǎo)的一般特征 （p60）,,1、生理完整性； 2、絕緣性； 3、雙向性； 4、相對不疲勞性； 5、非遞減性 ●動(dòng)作電位的幅度不隨刺激強(qiáng)度

23、增加而增大； 刺激強(qiáng)度使靜息電位減小到閾電位水平時(shí)爆發(fā)動(dòng)作電位。之后，動(dòng)作電位幅度、波形以及它在膜上傳導(dǎo)情況與原先刺激無關(guān)，僅取決于膜本身當(dāng)時(shí)生物物理特性與膜內(nèi)外離子分布情況。 ●不隨傳導(dǎo)距離增加而減小 原因：傳導(dǎo)通過局部電流引起。,第二章：思考題,1、名詞解釋 刺激與反應(yīng) 、興奮與興奮性、閾值與興奮性、閾刺激、閾強(qiáng)度與閾電位、電緊張與電緊張性電位 極化、去

24、極化、反極化、復(fù)極化、超極化、超射、全或無現(xiàn)象、極性法則2、根據(jù)離子學(xué)說，闡述靜息電位和動(dòng)作電位產(chǎn)生的 機(jī)制3、用實(shí)驗(yàn)舉例證明靜息電位形成與K+、動(dòng)作電位產(chǎn) 生與Na+的關(guān)系,,4、什么是條件-測試法？可興奮細(xì)胞興奮后其興奮性 變化可分成哪幾個(gè)時(shí)期？5、鋒電位與后電位分別具有何生理意義？它們與興 奮性周期是什么對應(yīng)關(guān)系？6、什么是內(nèi)向電流與外向電流？它們對細(xì)胞的興奮