生物电现象和兴奋性(2011-2-25).ppt

第二节 生物电现象和兴奋性 bioelectric phenomenon of cell 掌握内容： 1、细胞的兴奋性 2、神经细胞的生物电现象 1）静息电位 2）动作电位 3、神经细胞在动作电位时段内兴奋性变化,1,一、细胞的兴奋和兴奋性 Excitation & excitability of cell 兴奋 是指细胞在刺激下产生可传播的电变化的现象。,2,(一)刺激和反应 1.刺激 stimulation： 细胞所处的内外环境的变化。 2.反应 response: 可兴奋细胞对刺激所发生的应答。,3,1.刺激 刺激的形式： 化学；物理；机械等 刺激的三要素： 强度；持续时间；强度-时间变化率,4,阈强度(阈值) threshold intensity 刺激的持续时间固定,引起细胞发生 反应的最小刺激强度,称为阈强度。 阈刺激 threshold stimulus 具有阈强度的刺激称为阈刺激。,5,2.反应 兴奋 excitation 兴奋是指细胞在刺激下产生可传播的电变化的现象。这种电变化称动作电位，是一种去极化现象。 抑制 inhibition 细胞膜电位在刺激下产生超极化现象。,6,(二)可兴奋细胞和兴奋性 1.可兴奋细胞 excitable cell 受刺激后能产生动作电位的细胞。 神经细胞、肌肉细胞、腺体细胞属于此类。,7,2.兴奋性 excitability 可兴奋细胞对刺激产生兴奋的能力。 衡量兴奋性高低的指标阈值 兴奋性 ,1 阈值,8,二、静息电位,(一)静息电位 Resting potential，RP 细胞在未受刺激时(静息状态下),存在于细胞膜内外的电位差。,9,1、在微电极尖刚插入膜内的瞬间,记录仪器 显现一个突然的电位变化； 2、静息电位是一个稳定的直流电位； 3、范围:-10mV-100mV(随细胞种类而不同);,10,(二)静息电位产生机制,1、生物电活动的基础: 钠泵活动造成膜内外离子不均衡分布:胞外Na+胞内Na+, 胞内K+胞外K+,11,Primary active transport,Na+-K+ 依赖式ATP酶（钠泵）,3Na+(由胞内向胞外): 2K+ (由胞外向胞内),12,2、静息电位产生机制： 膜通透性：安静状态下,膜只对K+通透 K+扩散驱动力：浓度差和电位差 K+扩散平衡：电位差=浓度差,驱动力=0 此时静息电位即为K+平衡电位,13,K+平衡电位,细胞膜内外K+存在浓度差：内高外低 细胞膜对K+通透，故K+可扩散至细胞外建立起电位差：外正内负 K+的浓度差：促使K+外流 K+的电位差：阻碍K+外流 当二者的力量相等，则K+的净流动等于零，此时的膜电位稳定在一个固定值，这就是K+平衡电位。,K+平衡电位计算,Nernst方程： K+o EK = 61 log (mV) K+i = -94 mV,15,三、动作电位及其产生机制,(一)动作电位 Action potential, AP 1、在RP基础上，细胞受到一个不小于 阈值的刺激，此时在细胞膜上发生的一次 可传播的电位变化，即为动作电位。 产生动作电位是细胞兴奋的本质表现。,16,2、神经细胞动作电位的波形:,17,神经细胞动作电位（ AP ）,锋电位: 包括除极相+复极相的前半部分 特点：变化迅速，变化幅度大 是细胞兴奋的标志 后电位：包括复极相的后半部分 特点：变化缓慢且微小,锋电位 升支(除极相) 降支(复极相) 后电位 负后电位 正后电位,19,升支,降支,局部 电位 Na+通道 激活 Na+通道失活 升支,动作电位的升支,Na+通道激活开放,Na+内流形成AP上升支,20,升支,动作电位的降支,K+通道激活开放,K+外流形成AP下降支,Na+通道 失活,同时 K+通道 激活 降支,21,降支,小结动作电位形成的离子基础： 升支:Na+内流； 降支:K+外流； 静息水平: Na+- K+ 泵活动,离子恢复静息时的分布状态；,22,动作电位期间的离子通道 ion channels, Na+通道： 通道特异性阻断剂：河豚毒 K+通道： 通道特异性阻断剂：四乙铵,23,3、动作电位的特点：,“全或无” all or none：锋电位幅度不随 刺激强度增加而增大 可传播性:不衰减传导(幅度波形不变) 有不应期:因而锋电位之间不发生融合 或叠加,24,4.细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化 （即细胞的兴奋性在动作电位时段内的变化）,1）绝对不应期(相当于锋电位) 细胞在发生兴奋(峰电位)的一段短暂的时间，兴奋部位对后面的、无论多强的刺激都不再发生兴奋。 兴奋性=0,25,2）相对不应期(相当于负后电位前期) 此时细胞的兴奋性逐渐恢复，但对原来的阈刺激仍不发生兴奋反应，必须用阈上刺激才能引起反应。 正常兴奋性 0,26,3）超常期(相当于负后电位后期) 此时细胞的兴奋性稍高于正常，用略低于阈值的刺激即可引起兴奋反应。 兴奋性正常,27,4）低常期(相当于正后电位) 此时细胞的兴奋性低于正常，需要较大的刺激才可引起兴奋反应。 兴奋性正常,28,3、动作电位的形成,(1)局部兴奋及其向锋电位的转变 阈下弱刺激电紧张电位刺激稍加强少量Na+通道开放, 少量Na+内流被K+外流抵消不能发展成AP 只能与电紧张电位叠加局部反应(local response)。,29,30,因此，局部反应是阈下刺激在受刺激的膜的局部引起的一个较小的去极化化反应，又称局部兴奋或局部电位。 (local excitation or potential),31,刺激强度增加较多Na+通道开放,较多Na+内流膜去极化增强当刺激强度使膜去极化程度达某一临界膜电位(阈电位)时Na+内流K+外流 ,32,膜发生更强的去极化从而使更多Na+通道开放和Na+内流(形成Na+通道激活对膜去极化的正反馈)直至产生动作电位。,33,(2) 阈电位 threshold potential，TP 能引起大量Na+通道开放和Na+内流，进而诱发动作电位的临界膜电位值。,34,阈电位TP一般比静息电位RP小1020mV。 如神经细胞RP=-70mV，TP-55mV 达到阈电位后,动作电位幅度只取决于膜电位去极化程度、Na+通道和Na+电流之间的正反馈过程，而与外加刺激强度无关。,35,(3)局部电位 Local potential 阈下刺激因强度较弱而不能使膜去极化达到阈电位，不能触发动作电位，但可引起局部反应(局部电位)。,36,局部电位的特征： 非“全或无”：电位幅度随刺激强度的增 大而增大 属于局部电紧张性电位 可以叠加: 空间叠加: spatial ov