《生理学细胞》PPT课件.ppt

1、第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象（bioelectricity）。,兴奋：由相对静止转变为活动，或由弱的活动变为 强的活动，称为兴奋。 抑制：从活动状态转变为相对静止，或由强的活动变为弱的活动，称为抑制。 兴奋性：一切活细胞、组织或有机体对刺激产生反应的能力，称为兴奋性 。 可兴奋细胞：神经细胞、肌肉细胞和腺体细胞 兴奋性：被理解为细胞在受刺激时产生动作电位的能力。,（一）观察和记录方法,微电极：尖端直径只有1m或更细的微电极刺入细胞内 电压钳技术 膜片钳技术 欧姆定律 I = U / R,一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象

2、,（二）细胞的跨膜静息电位和动作电位,静息电位 细胞安静时，存在于细胞膜内外两侧的电位差，称为跨膜静息电位，简称静息膜电位或静息电位,极化 体内所有细胞的静息电位都表现为细胞膜内侧为负电位，外侧为正电位。这种状态称为膜的极化。 通常规定膜外电位为零，则膜内大都在-10-100mV之间。 哺乳动物神经和肌肉细胞的静息电位值为-70-90mV,静息电位的测量,细胞膜内侧为负电位，外侧为正电位。 通常规定膜外电位为0,RP实验现象：,动作电位,动作电位 可兴奋细胞在受到刺激发生兴奋时，细胞膜在原有静息电位的基础上发生一次迅速而短暂的电位波动，细胞兴奋时发生的这种短暂的电位波动，称为动作电位。,动作电

3、位实验现象,动作电位（AP)时程,1、去极化 在动作电位发生和发展过程中，膜内、外电位差从静息值逐步减小乃至消失，这个过程称为去极化 2、反极化或超射 进而膜两侧电位倒转，成为膜外负电位、膜内正电位，称为反极化或超射 3、复极化 此后膜电位恢复到膜外正电位、膜内负电位的静息状态，称为复极化,4、后电位 在锋电位的下降支恢复到静息电位水平以前约相当于动作电位幅度70左右处，膜电位还要经历一段微小而缓慢的波动，称为后电位 上升支又称去极相 包括膜电位的去极化和反极化两个过程； 下降支又称复极相 即膜电位的复极化过程。,0mv,阈电位,静息电位,去 极 化,上 升 支,下降支,动作电位的图形,刺激,

4、局部电位,阈电位,去极化,零电位,反极化（超射）,复极化,（负、正）后电位,动作电位的特征,具有“全或无”的现象; 可以扩布(传播)的; 非衰减式传导的电位; 动作电位的意义： 动作电位的产生是细胞兴奋的标志。,（三）生物电现象的产生机制,1、膜内外离子分布及膜对离子的通透性：在膜两侧形成电位差，必须具备两个条件 膜两侧的离子分布不均，存在浓度差； 对离子有选择性通透的膜。,2.静息电位产生的机制,静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性,RP形成条件： （1）膜内外离子不均衡分布（钠泵活动形成 膜内、外离子浓度差）； （2）静息时膜对离子的通透性不同。,RP形成过程：,（1）膜两侧

5、K+浓度差是促使K+扩散的动力。 （2）但随着K+的不断扩散，膜两侧不断加大 的电位差是K+继续扩散的阻力 （3）当动力和阻力达到动态平衡时，K+的净 扩散通量为零膜两侧的平衡电位,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-,扩散动力与阻力达到动态平衡,膜内电位下降,产生负电场 膜外电位上升,产生正电场,静息电位与K平衡电位,Ek 是K+的平衡电位 R 是气体常数 T 为绝对温度 Z 是离子价数 F 是法拉第常数（相当于96500C） 式中只有K。和Ki是变数，分别代表膜外和膜内的K+浓度。,Nernst公式,通常静息电位的绝对值要比K+平衡电位的理论值要小一

6、些。 哺乳动物骨骼肌的静息电位是-90mV，K+平衡电位是-95mV。,Na的运动,静息状态的细胞膜对Na通透性差,静息电位与K+平衡电位,结论 大多数细胞的静息电位主要是由细胞内K+的外流所产生； K+外流的动力是细胞膜内、外的浓度差； K+外流的阻力是细胞膜内、外的电位差； K+跨膜转运的条件是安静时细胞膜对K+有通透性。,NaK+ATP酶,维持细胞内外的浓度梯度,3、动作电位与Na平衡电位,2、AP实验现象,动作电位与Na+平衡电位,0mv,阈电位,静息电位,4.动作电位的产生机制,电化学驱动力 电化学驱动力决定离子跨膜流动的方向和速度； 电化学驱动力=膜电位平衡电位,静息电位条件下 细

7、胞膜外Na+浓度大于膜内，浓度差的存在使钠离子受到很强的内向驱动力的作用；,峰电位条件下 钾离子的电化学驱动力30mV(90mV)120mV 说明：此时钾离子受到很强的外向驱动力的作用,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,膜内负电位减小到零并变为正电位（动作电位上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（动作电位下降支）, Na+i、K+O激活Na+K+泵,Na

8、+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,动作电位的产生过程,离子通道状态：,后电位的形成,负后电位的形成： 是在复极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近，暂时阻碍了K+外流所致。 正后电位的形成： 是生电性钠泵作用的结果。,5、动作电位的特性： （1）是非衰减式传导的电位 （2）具有“全或无”的现象 （3）脉冲式发放,（1）AP的上升支由Na内流形成，下降支是 K外流形成的，正后电位是NaK泵活动引 起的。 （2）AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是 消耗能量的（NaK泵的活动） （3）AP的峰值接近Na的平衡电位。,6.关于动作电位结论：,1.需要具备三个条件 一定的强度 一定的持续时间

9、 一定的时间-强度变化率,在一定范围内，作用的持续时间越短，能引起组织兴奋所需的刺激强度越大。,二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导,在刺激作用时间足够长的条件下，能引起兴奋的最小刺激强度,用基强度作刺激要引起细胞兴奋所需的最短作用时间,两倍基强度的刺激引起组织兴奋的最短的刺激持续时间。,2.阈电位与动作电位,强度阈值 即在刺激作用时间和强度-时间变化率固定不变的条件下，能引起组织细胞兴奋所需的最小刺激强度 阈刺激 达到强度阈值的刺激称为阈刺激。 阈值大，表示组织细胞的兴奋性低，阈值小，表示兴奋性高。 阈下刺激 强度小于阈值的刺激称为阈下刺激，它不能引起组织细胞兴奋。,阈刺激是从外部加给细胞

10、的刺激强度 阈电位是从细胞膜本身膜电位的数值来考虑。 当膜电位去极化到某一临界值，就出现膜上的钠通道大量开放，Na+大量内流而产生动作电位，膜电位的这个临界值称为阈电位,原有的电位 外正内负,当电流通过时，在膜的两侧产生一个内正外负的电压降,阴极下方的细胞膜两侧的静息电位绝对值减小,去极化状态,去极化,超极化,这种使膜电位负值加大远离阈电位过程称之为超极化,如果给予阈下刺激，细胞不能爆发动作电位，但可使受刺激局部细胞膜的少量Na+通道被激活，膜对Na+的通透性轻度增加，少量Na+内流和电刺激造成的去极化而使静息电位有所减小。由于这种电变化较小，只限于受刺激局部的细胞膜而不能向远处传播，故被称为

11、局部反应。,3.阈下刺激局部反应,特点： 不具有“全或无”现象。 电紧张方式扩布，不能向远处传播。 具有总和效应：时间总和 & 空间总和。,时间性总和,空间性总和,细胞兴奋的两种方式,给予一个阈刺激 使静息电位降低到阈电位，从而爆发动作电位； 给予多个阈下刺激 使局部反应发生总和，从而使静息电位降低到阈电位水平，导致动作电位的爆发 总和现象的生理意义就在于使局部兴奋有可能转化为可远距离传导的动作电位。,4.细胞兴奋及其在恢复过程中兴奋性的周期性变化,神经纤维或骨骼肌细胞，绝对不应期只有0.52.0ms，而心肌细胞则可达200400ms。绝对不应期的长短决定了组织细胞在单位时间内所能接受刺激产生兴奋的次数。 如果神经纤维不应期为2ms，则该纤维每秒的兴奋节律最大可达500次，而心肌每秒产生兴奋的次数则大为降低。,5兴奋在同一细胞上的传导 传导机制：局部电流,静息部位膜内为负电位，膜外为正电位 兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动 膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位移动,形成局部电流,膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升 膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流,传导方式：,无髓鞘神经纤维为近距离局部