3第二章静息电位第三章动作电位.ppt

第二章神经元膜的电学特征和静息电位Chapter2BioelectricalphenomenonandRestpotential,第一节神经元膜的物质转运,细胞膜的功能：1.隔离细胞内外液2.跨膜物质转运，完成细胞内外细胞物质交换3.电离子跨膜运动，是神经元电活动的基础物质转运的基本原则：简单的可直接扩散小分子物质通过膜蛋白转运复杂的要通过膜运动,SectionMembraneTransport,LipidBilayer-primarybarrier,selectivelypermeable,一、通过脂质双层的物质扩散,单纯扩散SimpleDiffusion条件：膜两侧浓度差的大小，膜通透性膜通透性：物质的脂溶性分子的大小带点状态O2CO2N2NO乙醇，尿素，类固醇激素,Carrier-mediated,二、通过膜蛋白介导的物质转运,膜蛋白包括：通道，载体，离子泵和转运体。,被动转运：不耗能，顺浓度差/电位差。包括载体和通道介导的易化扩散。,主动转运：耗能，逆浓度差/电位差包括离子泵介导的原发性主动转运和转运体介导的继发性主动转运,（一）载体（carrier)介导的易化扩散,载体：属贯穿脂质双层的整合蛋白，转运机制不清。在高浓度侧与被转运物质结合，载体结构蛋白变构，低浓度侧解离，完成转运。转运特性：1顺浓度转运，不耗能。2具有化学结构的特异性3载体数目有限，具有饱和性4竞争性主要转运物质：葡萄糖，氨基酸等。,Characteristicsofcarrier-mediateddiffusionnetmovementalwaysdependsontheconcentrationgradientSpecificitySaturationCompetition,GlucoseAminoacid,（二）通道（channel)介导的易化扩散,通道主要转运Na+K+，Ca2+，Cl-等带电离子，又称离子通道（ionchannel)。结构特点：贯穿脂质双层，中央有亲水性孔道。转运特性：1顺浓度差转运，不耗能2离子选择性（孔道口径，内壁的带电状态）3具有开和关的门控电性4产生跨膜离子电流,Channel-mediated,（三）离子泵（ionpump)介导的主动转运,原发性主动转运：膜蛋白离子泵介导的主动转运特点：直接利用ATP功能，逆浓度差/电位差进行离子跨膜转运。离子泵：钠泵，钙泵，质子泵。最重要的离子泵：钠泵(钠-钾泵，Na+K+-ATP酶）,（四）转运体介导的继发性主动转运,由转运体（transporter)来介导，逆浓度差或电位差转运时，并不直接消耗ATP，能量来源于膜内外Na+浓度差。,转运的物质：葡萄糖，氨基酸离子交换神经递质,symtransport（同向转运）(e.g.Na+-glucose,Na+-aminoacidcotransport)Countertransport(反向转运）(e.g.Na+-Ca2+,Na+-H+exchange),三、通过膜“运动”的物质转运,大分子物质或物质团块，特定功能性物质转运。出胞（exocytosis)：将胞内的大分子物质通过分泌囊泡的胞吐方式向胞外排出的过程。神经递质的释放，受体，通道蛋白镶嵌入膜入胞(endocytosis)：将胞外的大分子物质甚至团块运入胞内内化（internalization)入胞是固体称吞噬（phagocytosis),是液体称胞饮（pinocytosis)，受体介导的入胞（receptor-mediatedendocytosis)细胞膜上的蛋白质如离子通道，受体可内化。,EndocytosisandExocytosis,Endocytosis,第一阶段：离子机制学说生物电现象：18世纪末，Galvani的凉台实验1902年Bernstain提出了生物电现象产生机制：膜学说（membranetheory)第二阶段：离子机制的证明和离子通道学说1939年，HodginandHuxley用枪乌鰂的神经轴突记录到了跨膜电位证实了静息电位产生机制的正确性的同时提出了动作电位的Na+学说第三阶段：离子通道机制的证明1976年，成功建立膜片钳和单通道记录技术,生物电记录的技术概述,第三节静息电位Restingpotentials（RP）,静息电位（restingpotential，RP）：指未受刺激时神经元末内外两侧的电位差。,Measuringtherestingmembranepotential,Microelectrode0.5umdiameter,第四节静息电位的离子机制,一、产生静息电位的条件1.细胞内外K+的不均衡分布2.细胞膜在静息状态时主要只对K+有通透性的假设,钠泵的活动，细胞内液的K+浓度较细胞外液高，而Na+和Cl-的浓度则细胞外液比细胞内液高，这是细胞生物电的产生基础。,K+平衡电位形成的离子机制,极化（polarization)：神经元膜内负外正的带电状态去极化(depolarization)：膜电位的数值向负值减少的方向变化超极化(hyperpolarization)：向负值增大的方向变化反极化：变成内正外负的状态复极化(repolarization)：当膜电位从去极化或反极化状态恢复到极化状态,2.K+的平衡电位（Ek）与Nernst方程equilibriumpotential,TheNernstequation：,R气体常数（8.31）joules/Kelvin/moleT是绝对温度Z是离子价数（K+为+1价）F是法拉第常数（96500）K+o和K+i分别代表细胞内外K+的浓度,=,EK=61.5log,+,+,0,i,Approximateionconcentrationoneithersideofaneuronalmembrane,静息电位形成的机制Themechanismunderlyingrestingpotential,静息状态时，膜上绝大多数K+通道开放，仅少量Na+通道开放，开放的K+通道比开放的Na+通道多约9倍；细胞内K+浓度比细胞外高约30倍。导致细胞内的K+顺着浓度梯度扩散到膜外，但细胞内带负电荷的蛋白质大分子物质不能通过细胞膜而留在细胞内，从而使膜内外出现电位差，即膜内带负电荷，膜外带正电荷，这种跨膜电位差阻碍了K+的进一步外流。当跨膜的浓度差（K+外流的驱动力）和电位差（K+外流的阻力）达到平衡时，K+的净通量为零，膜内外电位差就相对地稳定在某一水平。,第三章神经电信号和动作电位Electricalsignalandactionpotential,局部电位动作电位神经元的兴奋性,神经电信号：神经元在静息电位基础上所发生的膜电位变化。静息电位变化按其表现和传播分为：局部变化产生局部电位：等级性和局限性传播性变化产生动作电位：大小形态固定，并可长距离传播,第一节神经电信号的概述,第二节局部电位localizedpotential,局部电位：是给与神经元膜去极化电刺激引起的电紧张电位及少量Na+通道开放，少量Na+内流引起的阈电位以下的去极化反应局部电位类型：1.电刺激引起的局部电位2.感受器电位3.突触电位(synapticpotential)：指神经信号在神经元间进行传递过程中，由突触前神经元释放的神经递质，作用于突触后神经元所引起的突触后膜点位的变化，根据变化不同，可分为兴奋性的去极化和抑制性的超极化。4.效应器点位5.自发膜电位6.局部电流引起的膜电位变化,二、局部电位的特性,等级性：又称作刺激强度依赖性2.电紧张扩布性：也称局限性，随着扩布距离增大而衰减。3.总和性：时间性总和、空间性总和,第三节动作电位及产生机制ThemechanismunderlyingAP,一、动作电位（actionpotential,AP)的概念和特征动作电位：是神经元在静息电位基础上，受到刺激后膜电位所发生的快速翻转和复原的过程，是一种可传导的电信号。特征：1.全或无现象同一细胞内的AP的大小不随刺激强度而改变2.全幅式传导性3.不可叠加性,二、动作电位的过程和成分,动作电位由三部分组成：局部电位锋电位：去极化相负极化相后电位：去极化后电位超极化后电位,极化状态(polarization)：将静息状态下细胞膜跨膜电位内负外正的状态；超极化(hyperpolarization)：膜内负电位增大(例如从-70mv变为-90mv)去极化(depolarization)：膜内负电位减小(例如从-70mv变为-60mv)复极化(repolarization)：细胞膜去极化后再向原来静息电位方向恢复动作电位(actionpotential)：在原有静息电位的基础上，膜电位发生的迅速的倒转和恢复锋电位(spike)：动作电位是细胞兴奋的表现，主要表现为一个尖锋形的电位波动,相关概念,三、动作电位产生的离子机制,（一）锋电位的离子机制1锋电位产生的条件：神经元的RP是锋电位产生的基础细胞外的Na+浓度远远大于细胞内Na+浓度Na+oNa+I刺激引起Na+通道开放2锋电位幅度和Na+平衡电位（ENa)锋电位顶点的膜电位水平是由ENa决定的锋电位的上升支是由Na+内流所致锋电位的下降支，是由上升支去极化导致大量电压门控K+通道开放，在电压差和浓度差的共同驱动下，大量K+外流产生负极化,Na+学说锋电位超射与ENa+接近降低钠离子浓度降低锋电位幅度TTX阻断剂抑制动作电位产生,Depolarizationofthecellduringtheactionpotentialiscausedbytheinfluxofsodiumionsacrossthemembrane,andrepolarizationiscausedbytheeffluxofpotassiumions.,（二）后电位的离子机制去极化后电位:可能是由于1.复极相是大量K+外流，导致细胞外K+的蓄积，故延缓了复极化的过程2.锋电位期间激活的Ca2+内流超极化后电位：1.K+继续外流2.生电性钠泵的作用,静息时膜电位,去极化刺激,超极化后电位（正后电），此时K+通道仍然开放，使较多的K+扩散到膜外，引起超极化。钠泵作用。,细胞膜电位恢复到静息电位水平,去极化后电位（负后电位），此时Na+通道基本恢复，膜电位仍小于正常静息电位，与阈电位差距小，故兴奋性高于正常。大量钾离子外流，蓄积延缓复极化，钙离子内流。,K+从细胞转移到细胞外液使细胞复极化,Na+通道关闭，K+通道开放,Na+迅速进入细胞，使细胞去极化,膜去极化达阈电位水平，电压门控Na+通道开放。Na+进入细胞。电压门控K+通道开始缓慢开放,神经纤维动作电位产生的原理,Themolecularbasicoftheactionpotential,4.character,Allornone:同一细胞动作电位的大小形态不随刺激强度而改变的性质。Nondecreasingconduction不衰减性传导NoOverlap不可叠加性,第四节动作电位的产生和传导Actionpotentialgenerationandconduction,阈电位（thresholdpotential):是触发再生性动作电位的临界膜电位水平，是局部电位和锋电位的分界点阈电位越低，兴奋性越高，阈电位越高，兴奋性就越低,动作电位的传播（propagationofAP),动作电位的传播：是指神经元的任意部位产生的AP，在神经元网络上的扩散过程分为：传导和传递,动作电位传导的特点：长距离传导双向性传导，而实际上是单向传导传导速度与神经纤维的直径呈正比在有髓神经纤维上跳跃式传导,ThemyelinsheathandnodeofRanvierNodeofRanvier:0.5umgapofnakedaxon/adjacentregions,Saltatoryconduction,跳跃式传导,第五节神经元的兴奋性,兴奋性excitability兴奋Excitation可兴奋细胞excitablecell阈强度thresholdintensity阈刺激thresholdstimulus,影响神经元兴奋性的因素1.静息电位和阈电位水平两者的差值越小，兴奋性越高，越大，则兴奋性越低。2.Na+通道功能状态3.Ca2+的影响4.动作电位过程中神经元兴奋性的变化绝对不应期：超射期和复极化前期相对不应期：锋电位下降支的晚期超常期：去极化后电位器期低常期：超极化后电位期,6.ExcitationandExcitability,Conception：Excitability(兴奋性）:Excitation:（兴奋）ThresholdIntensity（阈强度）andThresholdstimulus（阈刺激）Toinitiateexcitation(AP)ExcitablecellStimulationIntensityDurationdV/dtThefactorofinfluencingExcitabili