绪论电生理医学PPT.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 internalenvironment 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 neuronalregulation 二 体液调节 humoralregulation 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 reflexarc 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 positivefeedback 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 negativefeedback 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 forwardcontrolsystem 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 fluidmosaicmodel 二 细胞膜的跨膜物质转运功能 被动转运 passivetransport 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 activetransport 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 simplediffusion 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 CO2 i CO2 o O2 o O2 i 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 facilitateddiffusion 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 activetransport 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 3Na 2K 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 restingpotential 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 i Na o 1 10 K i K o 30 1 Cl i Cl o 1 14 A i A o 4 1 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 i K 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 ZF ln K o K i 59 5log K o K i 59 5log K 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 i RP 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 actionpotential 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AP ACh 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 5 1 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 肌丝滑行几点说明 1 肌细胞收缩时肌原纤维的