《动作电位》PPT课件.ppt

第三章动作电位 1 动作电位产生的离子机制2 离子电流的分离方法3 离子电导和Hodgkin Huxley模型 3 1动作电位产生的离子机制 概念 电紧张电位 当用直流电刺激神经时 在阴极和阳极处膜电位变化 超极化 阳极膜电位升高 去极化 阴极膜电位降低 局部电位 若刺激电流增强 只在阴极处产生一个可衰减的电位变化 动作电位 如果刺激电流增强达到阈值时 在阴极产生一个不衰减的 全或无 式的沿神经纤维传导的神经冲动时 3 1动作电位产生的离子机制 一 离子学说及其实验证据Bernstein的膜学说认为动作电位应等于静息电位的绝对值 后发现它不能解释动作电位的超射现象 用毛细管微电极测量枪乌贼大神经纤维兴奋时电位变化发现动作电位大于膜静息电位 当改变细胞外Na 浓度时动作电位的时程和大小均发生变化 如图 Na 浓度稍减 动作电位上升缓慢 超射减少传导速度变慢 图A曲线2 减少50 超射几乎减少一半 上升相更慢 图B曲线2 减少33 超射几乎完全消失 图A曲线3 3 1动作电位产生的离子机制 1950 1952年Hodgkin Huxley和Katz提出著名的钠学说 即离子学说 认为膜静息时 PK PNa PK PCl 膜兴奋时 PNa PK PNa PCl 此时RT Na oENa ln 53mV与实验测得的 55mV超射相近F Na i钠学说得到各方面实验证实 每次动作电位期间Na 内流量与K 外流量大致相等 关键是两种离子在动作电位期间流动的时相不同 一 离子学说及其实验证据 1 静息时细胞膜内外存在各种离子的浓度差 而膜对这些离子的通透性不同 所以维持 70mV的静息电位 2 膜受到电刺激时产生去极化 膜对Na K 通透性发生变化 首先Na 通透性增大 加速膜去极化 发生超射 构成动作电位上升相 3 接着Na 通道失活 而K 通道活化 K 外流 构成动作电位的下降相 由于钾电导的变化没有失活现象 只是在膜电位的恢复过程中逐渐降低 延时较长 产生正后电位 4 依靠膜上纳泵完成排Na 摄K 维持膜内外离子浓度差 恢复静息水平 3 1动作电位产生的离子机制 二 动作电位产生的离子机制 3 2离子电流的分离方法 1 电压钳原理2 分离方法 药理学方法 离子置换法 逆向电位法 阻断钠通道活化的药物 阻遏钠通道失活化的药物 激活钠通道的药物 阻遏钾通道的药物 3 2 1电压钳原理 在测量快速兴奋过程中离子电流的变化和分离单个离子电流时 常采用电压钳技术 根据简化电缆模型 一小片膜的等效电路 3 2 因为Im Iion IC令IC 0得Im Iion此即电压钳技术的原理 固定膜电位不变 膜电容电流为零 则总电流等于离子电流 3 3 3 2 1电压钳原理 在枪乌贼大纤维内纵向插入两根细铂丝 一根记录电压E 另一根记录电流I 记录膜电位E与调定电压差值经放大进入快速电压 电流转换器 FBA 加入反馈电流I 直至膜电位与调定电压相等为止 维持膜电压不变 当一个神经冲动到达时 出现膜离子电流 为了维持膜电位不变 就必须输入一个与膜离子电流大小相等 方向相反的补偿电流 记录下这个补偿电流就是膜电流的镜像 1 离子置换法 如图 膜去极化56mV A为正常海水中记录总离子电流 B为用氯化胆碱溶液代替NaCl后IK C为A减B后得到的INa 这里就是利用了离子独立的原则 2 逆向电位法 在电压钳实验中不断改变Vm Na 的变化 当VmENa 外向INa 右图为Hodgkin等1952年的实验结果 另外 也可直接将膜电位调到某一离子的平衡电位 这样可消除该离子的影响 测得一电流 用总电流减去测得电流 即该离子电流 阻断钠通道活化的药物 石房蚶 蛤 毒素 STX 来源于旋沟藻 专一性阻断钠通道 能阻断对TTX不敏感的钠通道 河豚毒素 TTX 专一性地阻断钠通道 作用可逆 见图 TTX对枪乌贼轴突离子电流的影响 阻遏钠通道失活化的药物 海葵毒素 其作用是使动作电位下降相延长 形成平台 它不影响钠 钾通道的开放 只是使已开放的钠通道不能立即关闭 继续开放 Na 大量内进 超射的下降相变慢 形成平台 蝎毒素 其作用与海葵毒素相似 激活钠通道的药物 箭毒的作用 静息时增加轴突膜对Na 的通透性 不影响动作电位钠通道的活化 阻遏钾通道的药物 四乙二胺 TEA 4 氨基吡啶 4 AP 一 离子电导二 钾电导三 钠电导四 Hodgkin Huxley模型 3 3离子电导和Hodgkin Huxley模型 一 离子电导 分出离子电流后将测定离子通透性或通道开放的数目 Hodgkin和Huxley使枪乌贼大纤维长时间去极化 使一些离子通道开放 然后让电压突升到第二数值 这个时间很短 新通道来不及打开 已开放的通道来不及关闭 在膜通透性不变时测量电压 电流关系 第一次测钠通道开放 第二次测钾通道开放 此时离子电导为 gNa INa E ENa gK IK E EK 此为弦电导 适于线性关系 而G I E为斜率电导 不论电压与电流呈什么关系均成立 钾离子电导gK是时间t和膜电位Vm的函数 gK t Vm 在动作电位期间 实验结果得到gK t 曲线 在一定Vm下 去极化时gK t 沿S型曲线上升 在复极化时gK t 呈指数曲线下降 Hodgkin等作了一系列假定后用一组方程式来拟合这条实验曲线 dngK K n4 n 1 n n ndt 二 钾电导 三 钠电导 钠离子电导在膜静息状态时近似等于零 在动作电位期间钠通道有一个快速的激活和慢速的失活化过程 用药物TTX和ATX可证实这是两个独立的过程 为了能用数学方程式描述上述变化过程 Hodgkin和Huxley用两个参数m和h分别描述钠电导的增加和减少过程 根据实验曲线得到拟合方程为 dmdhgNa Na m3h m 1 m mm h 1 h hhdtdt 根据每种离子电导方程 在大纤维和电压钳位条件下每种离子的电流方程为 INa gNa V ENa gNa Nam3hIK gK V EK gK Kn4IL gL V EL 根据膜的电缆模型等效电路 膜总电流为 Im INa IK IL IC Nam3h V ENa Kn4 V EK gL V EL Cm 四 Hodg