生理精品课程

办公室：科技大楼 1203E-mail: 生理学教研室：周京军第二章 细胞的基本生理过程2008-11-12： 第一节 细胞膜的生理2008-11-19： 第四节 骨骼肌的收缩2008-11-14： 第二节 生物电现象和兴奋性2008-11-18： 第三节 细胞间的信号传递生物电现象生物电信号的无创伤性采集 电鳐与电板器官示意图（一） 静息电位静息电位（ resting potential, RP）： 神经和肌（或其它组织）细胞在静止情况下（未受刺激时），存在于细胞膜内外两侧的电位差。1. 概述神经纤维静息电位的记录v 静息电位数值： -70 mVv 不同种类细胞的静息电位：v 生物电与物理电：v 膜两侧分布着极性不同电荷的状态被称为膜处于极化状态（ Polarization）1. 概述2. Na+、 K+、 Cl-在神经、肌肉细胞内外的分布枪乌贼的神经纤维乌贼 的神经纤维蛙 的 神 经蛙 的 肌 肉狗 的 肌 肉细胞 内 浓度 细胞 外 浓度Na+、 K+、 Cl- Na+、 K+、 Cl-37 110 - 110 2.6 7715 125 12 110 2.6 7710 140 - 130 4.0 12049 410 40 440 22 56043 360 - 450 17 540浓度单位： mmol/L化学势能电势能3. Bernstein 提出 RP 主要取决 K+的平衡电位K+ (4.0 mM ) K+ (140 mM )Nernst 方程：R, 气体常数Z, 离子价T, 绝对温度 F, Farady常数EK= RTZF InK+oK+i= 61lg 4140= -94 mV= 61lg K+oK+i （ 37 C ）枪乌贼巨神经纤维的静息电位记录4. Hodgkin和 Huxley 证实了上述假设改变细胞外浸浴液 K+浓度对蛙缝匠肌 RP的影响7. 钠 -钾泵对 RP的贡献维持细胞内外离子浓度差生电性活动6. 钠离子和氯离子通透性对 RP的影响PK PNa & PClVm= 61log K+oK+iGHK equationGoldman, Hodgkin, KatzVm= 61logpK K+o pNa Na+o+pK K+i pNa Na+i+pCl Cl-i+pCl Cl-o+（环境温度为 37C）静息电位小结： 静息膜电位主要是 K+的平衡电位（理论值 -94 mV）RP的基础 - 膜内外离子不均衡分布和膜选择性对 K+的通透性 钠 -钾泵、 Na+和 Cl-对静息电位也有一定贡献，与K+共同使神经元的 RP 值保持在 -70 mV左右“for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane“Hodgkin HuxleyNobel Prize in Physiology or Medicine 1963神经纤维动作电位引导与记录模式图（二）动作电位（ Action potential, AP）动作电位：细胞受刺激时，在静息电位基础上发生迅速的一过性的膜电位波动过程（膜的极性发生翻转） 复极化（ Repolarization）：细胞发生去极化后，又 向原先的极化方向恢复的过程，称为复极化 超射（ Overshoot）： 去极相中从膜内电位为零至膜内电位为正的一段 除 /去极化（ Depolarization）：由膜内为负转变为膜内为正的过程（即动作电位曲线的上升支 ）1. 概述 ： 超极化（ Hyperpolarization）： 静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时 -70 mV -90 mVENa= RTZF InNa+oNa+i= 61 lg 13010 = + 68 mV= 61 lgNa+oNa+i（ 37 C ）a. 依据一、动作电位的超射值为 Na+的平衡电位（理论）2. AP的形成机制2.1 AP的上升支形成机制细胞外液中 Na+浓度改变对枪乌贼巨大神经纤维 AP的影响b. 依据二（实验）：c. 依据三（实验） -Voltage clamp（ 电压钳）（电压钳实验结果 ）电导（ Conductance）： 用离子置换法将枪乌贼巨轴突的离子电流分开指令电压由 -65 mV跃节升到 -9 mV，观察膜电流的变化 2.2 AP的降支形成机制Na+电导减小K+电导缓慢增大动作电位过程中 Na+、 K+通透性的变化Na+ 内流K+ 外流AP Na+-K+泵维持细胞内外 Na+、 K+浓度梯度ATP2.3 Na+-K+ 泵在 AP后的作用：膜片钳记录方法示意图，以及从骨骼肌细胞膜片上记录的 Ach激活的单通道电流膜片钳技术3. 通透性改变的实质 - 离子通道：1）玻璃微电极技术2）电子学技术3.1 Na+ 通道 特异性阻断剂： TTX 通道的两个闸门： 激活门与失活门三种状态：备用 /关闭、开放与失活 电压门控性和时间依赖性：电压感受器（ -70 -55 mV）b）膜发生去极化反应时（ -55 mV），通道开放， Na+内流（ activation）a）细胞静息时通道的备用状态（ closed）d）复极化后期激活门与失活门重新恢复至备用状态c） “链球 ”样结构嵌入孔道，使得通道处于失活状态（ inactivation） 通道的两种状态：关闭：开放：缓慢激活 电压依赖性：3.2 K+ 通道 阻断剂： 四乙胺（ TEA） 离子通道的多样性（ P15）Nobel Prize in Physiology or Medicine 1991“for their discoveries concerning the function of single ion channels in cells”Erwin Neher Bert Sakmann3.3. 离子通道病基 因 疾病长 QT综合征SCN5AKCNQ1KCNJ2通道类别Na+通道Na+通道组织 /器官心脏骨骼肌 高血钾性周期性麻痹低血钾性周期性麻痹与人类遗传性疾病相关的离子通道Cl-通道 先天性肌强直神经系统SCN4ACLC1Na+通道 SCN1A 癫痫K+通道K+通道 KCNQ2动作电位小结： 动作电位由除极相（上升支）和复极相（下降支）组成； Na+内流形成动作电位上升支， Na+内流减弱，而对 K+外流形成动作电位下降支 动作电位之后，依靠 Na+ -K+泵完成排 Na+摄 K+的任务 参与动作电位的 Na+ 和 K+通道均为电压门控性Na+通道存在三种状态， TTX是其特异性阻断剂；电压门控性 K+只有两种状态，四乙胺是其特异性阻断剂 膜电位的概念不同于静息电位或动作电位4