绪论电生理医学PPT

动物生理学,第一章 绪 论,第二节 人体生理功能的调节,一、机体的内环境与稳态,体液,细胞内液,细胞外液,（占体重60%）,（占体重40%）,（占体重20%）,血浆,组织间隙液,淋巴液,脑脊液,（一）内环境（internal environment）,细胞外液是细胞直接生存的体内环境，称为机体的内环境。,（二）稳态（homeostasis),在神经和体液调节下，内环境的理化性质保持动态的相对稳定，称之为内环境的稳态。,二、人体生理功能的调节,（一）神经调节(neuronal regulation)（二）体液调节(humoral regulation)（三）自身调节(autoregulation),一、神经调节 概念：通过神经系统的活动对 机体功能进行调节。 基本方式：反射(reflex) 反射：在中枢神经系统的参与 下，机体对刺激产生的规律性反应 结构基础：反射弧(reflex arc) 反射弧的组成：感受器、传入神经、中枢、传出神经和效应器 类型：非条件反射和条件反射 神经调节的特点： 迅速、精确、时间短暂,反射弧：,传入神经,感受器,神经中枢,传出神经,效应器,二、体液调节 概念：体内的一些细胞能生成并分泌某些特殊的化学物质，后者经由体液运输，到达全身的组织细胞或某些特殊的组织细胞，通过作用于细胞上相应的受体(receptor)，对这些细胞的活动进行调节。 类型： 全身性体液调节 局部性体液调节 神经-体液调节,神经-体液调节：神经细胞直接或间接地调节一些内分泌细胞的作用，使这些内分泌细胞成了反射弧的传出纤维的延长部分，以这种方式发挥的调节作用称为神经-体液调节。,体液调节特点：缓慢、弥散、持久。,三、自身调节 概念：环境变化时，器官、组织、细胞不依赖神经或体液调节而产生的适应性反应。 肾血流自身调节：动脉血压在80-180mmHg范围内变动时，肾血流量能保持相对稳定。 脑血流自身调节：动脉血压在60-140mmHg范围内变动时，脑血流量能保持相对稳定。 自身调节特点：调节幅度小，不灵敏，局限。,三、 机体内的控制系统,（一）非自动控制系统,控制部分,受控部分,单向、开环系统,（二）反馈控制系统,双向、闭环系统,控制部分,受控部分,(一)正反馈控制系统 正反馈(positive feedback)：反馈信息的作用性质与控制信息的作用性质相同的反馈。,正反馈控制系统的意义：有助于一个完整生理过程的完成。,血液凝固排尿分娩,(二)负反馈控制系统 负反馈(negative feedback)：反馈信息的作用性质与控制信息的作用性质相反的反馈。,负反馈控制系统的作用：维持内环境稳态。 血压调节 体温调节,颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射 （负反馈调节）,三、前馈控制系统(feed-forward control system) 前馈控制：控制部分向受控部分发出指令的同时，又通过另一快捷通路向受控部分发出前馈信息，及时地调控受控部分的活动。 控制方式：双通路,控制特点：前馈控制可更快的对活动进行控制，使活动更加准确；有些条件反射也可以认为是前馈控制，可使机体对环境变化做预见性和超前性活动，减少负反馈的波动性和滞后性。,第二章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜的结构和跨膜物质转运功能,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,第三节 细胞的生物电现象,第四节 肌细胞的收缩功能,第一节 细胞膜的结构和跨膜物质转运功能一、细胞膜的化学组成和分子结构,1972年Singer和Nicholson提出: 细胞膜是以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质,此膜结构称为液态（流体）镶嵌模型（fluid mosaic model）。,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,被动转运(passive transport),指物质顺电位梯度或化学梯度的转运过程。,被动转运特点： 不耗能（转运动力依赖物质的电-化学梯 度所贮存的势能）； 依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”； 顺电-化学梯度进行。 分类：单纯扩散； 易化扩散。,主动转运(active transport),指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。,主动转运特点： 需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； 依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”； 是逆电-化学梯度进行的。 分类：原发性主动转运； 继发性主动转运； 入胞和出胞式转运。,（一）单纯扩散(simple diffusion) (1)概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,CO2i CO2o,O2o O2i,(2)特点: 扩散速率高，无饱和性； 不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”，不需另外消耗能量； 扩散量与物质浓度梯度和膜通透性呈正相关，用扩散通量（mol数/min.cm2)表示。,(3)转运的物质： 有O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种物质。 注：膜对H2O具高度通透性，H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运。,（二）易化扩散(facilitated diffusion) 概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,分类: 以载体介导的易化扩散（载体转运） 以通道介导的易化扩散（通道转运）1、载体转运 转运的物质：葡萄糖(G)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质。,特点：结构特异性； 饱和现象； 竟争性抑制。,2、通道转运,转运的物质:各种带电离子。,K+i K+o,Na+o Na+i,特点：离子选择性：根据离子选择性，可将通道分为Na+通道、K+通道、Ca2+通道、Cl-通道等。,门控特性：离子通道可分为电压门控通道、化学门控通道（配体门控通道）和机械门控通道。,(三)主动转运(active transport)1、原发性主动转运：是指细胞直接利用代谢产生的能量（ATP）将物质（通常是带电离子）逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。 Na+泵（Na+-K+泵，又称Na+-K+依赖式ATP酶）：由和两个亚单位构成，活性部分在亚单位。当Na+i或K+o时，都可被激活，ATP分解产生能量，每消耗一个ATP分子可将细胞内3个Na+转运到细胞外，将细胞外2个K+转运到细胞内。,通道转运与钠-钾泵转运模式图,维持原先的高Na+o、高K+i,2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外,分解ATP产生能量,当Na+i/K+o激活,钠-钾泵:,Na+活动泵的生理意义: Na+泵的活动所建立的Na+和K+浓度梯度是生物电产生的物质基础； 细胞内高K+环境是胞质内许多代谢反应所必须的；,Na+泵的活动可维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定； Na+泵活动形成的膜内、外Na+浓度梯度，对维持细胞内pH值的相对稳定起重要作用（代谢产生的H+需通过H+-Na+交换排出膜外）； 对维持细胞内Ca2+浓度的稳定也起重要作用（Ca2+通过Na+- Ca2+交换排出膜外）； 膜内、外Na+浓度梯度是许多物质（葡萄糖、氨基酸等）继发性主动转运的动力； 3 Na+:2 K+的转运具有生电效应，对膜电位也有一定影响，故钠泵又称生电钠泵。,2.继发性主动转运 概念：一些物质在逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运时，所需的能量并不直接来自ATP的分解，而是间接来自其他如Na+、泵分解ATP释放的能量，如葡萄糖和氨基酸的转运。,分类：同向转运逆向转运,(四)入胞和出胞 一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能 属于细胞生物学考点,一切活细胞无论处于安静状态或活动状态都存在电活动，这种电活动称为生物电。 生物电现象是一种普遍存在又十分重要的现象，包括安静状态下的静息电位和兴奋时产生的动作电位。,第三节 细胞的生物电现象（跨膜电变化）,静息电位：细胞处于安静状态时，细胞膜内外存在的恒定电位差。动作电位：细胞活动或受刺激发生兴奋时，细胞膜在静息电位的基础上产生的可逆、可扩布的电位变化。,一、膜的被动电学特性和电紧张电位（一）膜电容和膜电阻 膜电容（Cm） 跨膜电位（膜电位） 膜电阻（Rm） 膜电导（G）（二）电紧张电位 注入电流处（刺激处）的膜电压（包括轴向电流和跨膜电流）最大，其周围一定距离外的膜电位将作为距离的指数函数衰减，这种由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位称为电紧张电位。,二、静息电位（resting potential，RP）（一）静息电位的记录方法和概念1、记录方法：电压钳与膜片钳（细胞内记录）,2、概念： 静息电位是指细胞处于静息状态下，存在于细胞内外两侧的电位差。 不同组织细胞静息电位的大小也不一样。哺乳动物的神经、骨骼肌和心肌细胞为-70-90mV，平滑肌细胞为-60-70mV，红细胞约为-6-10mV左右。 静息时膜内带负电、膜外带正电的状态称为极化状态，膜电位减小称为去极化，而膜电位增大称为超极化。 RP膜内负电位(-70-90mV)=超极化 RP膜内负电位(-70-50mV)=去极化（二）静息电位产生的机制,1、产生的原因或条件,(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 Na+iNa+o110, K+iK+o301 Cl-iCl-o114, A-iA-o 41,(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+ Cl- Na+ A-,静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性,2、产生的机制 由于安静状态下，细胞内K+浓度比细胞外K+浓度高（ K+iK+o，高30倍），且细胞膜对K+的通透性大（ Gk大），因此细胞内的K+在浓度梯度的作用下向外扩散，而负离子不能出去，出去的K+在细胞膜外建立的正电位又产生排斥作用，反过来阻止K+的外流，因此，K+的跨膜扩散有两个驱动力，即浓度差和电位差，其代数和称为电-化学驱动力。 随着K+不断向外扩散，静电斥力也越大，当二力达到平衡时，即电-化学驱动力为零，K+的静通量为零，此时的跨膜电位为K+电-化学平衡电位。,因此，静息电位主要是 K+i向细胞外扩散所产生的K+（电-化学）平衡电位。 静息电位的大小接近K+的电-化学平衡电位（EK），但不等于K+的平衡电位，而是小于它。这是因为静息状态下，膜除了对K+有较大的通透性外，对Na+和Cl-亦有一定的通透性，有少量Na+在静息状态下内流。,证明： Nernst公式的计算 EK=RT/ZFlnK+o/K+i =59.5 logK+o/K+i =-59.5 logK+i /K+o（mV） 同理可算出ENa和ECl。 Hodgkin 和 Katz的实验 在枪贼巨大神经纤维测得RP值为-77mV,与Nernst公式的计算值（-87mV）基本符合。,人工改变K+O/K+i，RP也发生相应改变，如：轴突管内置换等张NaCl,RP消失（即K+iRP）。,3、影响静息电位水平的因素有： 细胞膜外K+的浓度； 膜对K+和Na+的相对通透性； 生电Na+泵活动的水平。,三、动作电位(action potential，AP)（一）动作电位的概念与形态 1、实验现象,2、概念： 可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂可逆的,并可向周围扩布的电位变化称为动作电位。,去极化过程,上 升 支,下降支,3.动作电位的图形,刺激,静息电位,局部电位,阈电位,零电位,反极化（超射）,零电位,负、正后电位,复极化过程,静息电位,膜在受到刺激而兴奋时，对离子通透性的变化： 即电压门控性Na+、K+通道激活（开放）、失活（关闭）与复活。,（二）动作电位产生的机制,2、产生的过程:,AP上升支,AP下降支,当细胞受到刺激,细胞膜上少量Na+通道激活而开放,Na+顺浓度差少量内流膜内外电位差局部电位,当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放,Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流, Na+i、K+O激活Na+K+泵,膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜外负电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）,Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,3、动作电位的特征： 具有“全或无”的现象：即同一细胞上的AP大 小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。 非衰减性传导。 脉冲式传导。 4、动作电位的意义： AP的产生是细胞兴奋的标志, AP等于兴奋,5、AP产生的条件和阈电位： 是激活电压门控性Na+通道的临界值。即阈电位先引发一定数量的Na+通道开放，Na+迅速大量内流后，再引发更多数量的Na+通道开放，爆发AP。 因此，当膜电位达到阈电位后，导致Na+通道开放与Na+内流之间出现再生性循环。,几点说明： 刺激： 在细胞膜内施加负相电流（或膜外施加正相电流）刺激时，会引起超极化，不会引发AP；相反，会引起去极化，引发AP； 刺激分：阈刺激、阈上刺激、阈下刺激，前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发AP；后者只能引起低于阈电位的去极化（即局部电位）不会引发AP。,四、局部兴奋及其特点,概念： 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化电位称为局部电位，此反应或兴奋称为局部反应或局部兴奋。,特点： 不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。 电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。 具有总和效应：时间性和空间性总和。,五、兴奋在同一细胞上的传导（AP的传播）（一）传导机制：局部电流,（二）传导方式：无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流；有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。,（三）传导特点 1、生理完整性 2、双向性 3、绝缘性 4、相对不疲劳性 5、不衰减性或“全或无”现象 6、不融合性（脉冲式）,六、细胞兴奋后兴奋性的周期性变化,绝对不应期：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。相对不应期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋期间。超常期：小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间。低常期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。,组织兴奋后兴奋性变化的对应关系,分 期 兴奋性 与AP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 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,第四节 肌细胞的收缩功能 一、N-M接头处的兴奋传递（一）N-M接头的结构,接头前膜：囊泡内含 ACh,并以囊泡为单位释放ACh（称量子释放）。 接头间隙：约50-60nm。 接头后膜：又称终板膜，存在ACh受体（N2受体）,能与ACh发生特异性结合,化学门控性钠通道。,接头间隙,(二)N-M接头处兴奋传递过程,当神经冲动传到轴突末梢,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K (尤其是Na)通透性,终板膜去极化终板电位（EPP）,EPP电紧张性扩布至肌膜,去极化达到阈电位,爆发肌细胞膜动作电位,EPP的特征： 无“全或无”现象，EPP的大小与Ach释放量呈 正相关； 有总和现象； 电紧张性扩布； 无不应期。,(三)N-M接头处兴奋传递的特征: （1）是电-化学-电的过程：N末梢APACh受体EPP肌膜AP （2）单向传递。 （3）1：1的传递： 接头前膜传来一个AP，便能引起肌细胞兴奋和收缩一次（因每次ACh释放的量，产生的EPP是引起肌膜AP所需阈值的3-4倍）。 神经末梢的一次AP只能引起肌细胞兴奋和收缩一次（因终板膜上含有丰富的胆碱酯酶，能迅速水解ACh）。,（4）易受内环境和药物的影响: 阻断ACh受体：箭毒和银环蛇毒。 抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明。 自身免疫性疾病：重症肌无力（抗体破坏ACh受 体），肌无力综合征（抗体破坏N末梢Ca2+通道）。 接头前膜Ach释放：肉毒杆菌中毒。 （5）易疲劳性。 （6）时间延搁：0.51.0mS。,二、骨骼肌的细微结构和收缩原理 （一）骨骼肌细胞的细微结构,是肌细胞收缩的基本结构和功能单位 =1/2明带暗带1/2明带 = 2条Z线间的区域,1.肌原纤维和肌小节:,2.肌管系统：,横管系统： T管（肌膜内凹而成，肌膜AP沿T管传导）。纵管系统： L管（也称肌浆网，在T管两端形成终池，内富含Ca2+)。三联管： T管+ 2个终池,3.肌丝的分子组成： 粗肌丝: 由肌球蛋白或称肌凝蛋白组成，其头部有一膨大部横桥:能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合;具有ATP酶的作用,与结合位点结合后,分解ATP提供横桥扭动（肌丝滑行）和作功的能量。 细肌丝: 肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点；肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。,（二）骨骼肌收缩机制-肌丝滑行,肌节缩短=肌细胞收缩,牵拉细肌丝朝肌节中央滑行,横桥摆动,横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量,原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点,Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型,终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆,肌丝滑行过程,