生理学细胞基本功能

1、 1. 授课: 孙碧英(207/老红楼) . 生理学学习内容 3. 考试分数安排(平时成绩10%+期末考试90%) 4.英文阅读要求 (P6-； P15-； P18-； P23-；) (生理学英文单词掌握: 网上-课程中心-医用生理学) 5.学习生理学的方法 第一章第一章 绪绪 论论 Clinical sciences Basic medical sciences Medical sciences 生理学研究简史生理学研究简史 16世纪世纪 Servetus提出左心和右心分离的观点提出左心和右心分离的观点 1628年年 Harvery动物心脏与血液运动的解动物心脏与血液运动的解 剖学论文集剖学

2、论文集；提出心脏作为泵的概念；提出心脏作为泵的概念 1926年年 协和林可胜创建了中国生理学会；出协和林可胜创建了中国生理学会；出 版了版了中国生理学杂志中国生理学杂志 我国的生理学家有：蔡翘、张香桐等我国的生理学家有：蔡翘、张香桐等 生理学实验方法 急性实验(acute experiment) 离体实验法(in vitro experiment) 在体实验法(in vivo experiment) 慢性实验(chronic experiment) 生理学研究的三个水平生理学研究的三个水平 1 1细胞和分子水平细胞和分子水平 离体（in vitro）细胞、分子实验方法 2 2器官和系统水平器官

3、和系统水平 离体或在体组织、器官实验方法 3 3整体水平整体水平 在体（in vivo）实验 第二节第二节 机体的内环境机体的内环境 与稳态与稳态 细胞外液细胞外液( (extracellular fluid ,20%) ) 血浆（血浆（plasma,5%） 组织液（组织液（interstitial fluid,15%） 淋巴液淋巴液: 少量少量 胸膜腔、脑脊腔及关节腔内液体胸膜腔、脑脊腔及关节腔内液体 细胞内液（细胞内液（intracellular fluid）(40%) 体体 液液 内环境内环境 内环境稳定内环境稳定内稳态内稳态(homeostasis) Claude Bernard于于1

4、859年提出年提出“内环境恒定内环境恒定”的的 概念：概念：“内环境恒定是机体自由和独立生存的首要内环境恒定是机体自由和独立生存的首要 条件条件 ”； “身体中所有的活命机制中，尽管种类身体中所有的活命机制中，尽管种类 不同，功能各异，但只有一个目的，那就是使内环不同，功能各异，但只有一个目的，那就是使内环 境保持恒定境保持恒定”。 Cannon于于2020世纪初世纪初提出稳态（提出稳态（Homeostasis） 的概念：的概念：“内环境的可变但又是相对稳定的状态内环境的可变但又是相对稳定的状态”。 稳态的概念稳态的概念 内环境的理、化因素保持内环境的理、化因素保持相对稳定相对稳定的状态的状态

5、 稳态的含义稳态的含义 细胞外液的理、化因素在一定水平上是恒定的。细胞外液的理、化因素在一定水平上是恒定的。 这个恒定状态并不是固定不变的，这个恒定状态并不是固定不变的，是一个动态是一个动态 平衡平衡，在微小波动中保持相对恒定。，在微小波动中保持相对恒定。 稳态的意义稳态的意义 维持细胞、器官、系统乃至整体的正常功能及生维持细胞、器官、系统乃至整体的正常功能及生 命活动的必要条件。命活动的必要条件。 稳态的实现稳态的实现 在整体是在神经体液机制调节下，通过各器官系在整体是在神经体液机制调节下，通过各器官系 统的协调活动及统的协调活动及负反馈调节负反馈调节而实现的。而实现的。 : 第三节第三节

6、机体生理功能的调节机体生理功能的调节 生理功能的三种调节方式生理功能的三种调节方式 神经调节神经调节( (nervous regulation) ) 体液调节体液调节( (humoral regulation) ) 自身调节自身调节( (autoregulation) ) 1.1.神经调节神经调节( (nervous regulation) ) 概念：是通过反射而影响生理功能的一概念：是通过反射而影响生理功能的一 种调节方式种调节方式 神经调节的基本方式：神经调节的基本方式：反射反射( (reflex) ) 结构基础：反射弧结构基础：反射弧 ( (reflex arc) ) 反射的种类反射的种

7、类 非条件反射和条件反射非条件反射和条件反射 特点：快速，精确，局限特点：快速，精确，局限 : Receptor afferent nerve fiber reflex center efferent nerve fiber effector 2.2.体液调节体液调节( (humoral regulation) ) （1 1）概念：）概念：是指体内是指体内某些特殊的化学物质某些特殊的化学物质 通过通过体液途径体液途径而影响生理功能的一种调节方式而影响生理功能的一种调节方式 （2 2）递送方式：）递送方式： （3 3）特点：缓慢，持）特点：缓慢，持 久，弥散久，弥散 3.3.自身调节自身调节(

8、(autoregulation) ) 体内的控制系统体内的控制系统 非自动控制系统非自动控制系统 反馈控制系统反馈控制系统 前馈控制系统前馈控制系统 1、非自动控制系统、非自动控制系统 -是开环系统（是开环系统（open-loop system） 控制系统控制系统受控系统受控系统 输出变量输出变量 控制信息控制信息 例子：应激对血压的影响例子：应激对血压的影响 2、 反馈控制系统反馈控制系统 是闭环系统（是闭环系统（closed-loop system） （1 1）( (negative feedback) ) : : 经过反馈调节，经过反馈调节，使使受控部分的活动受控部分的活动 朝与它原先活

9、动朝与它原先活动相反的方向相反的方向发生改变发生改变 ： : : 维持稳态维持稳态 （2 2）( (positive feedback) ) : :经过反馈调节，使受控部分的活动经过反馈调节，使受控部分的活动 朝与它原先活动朝与它原先活动相同的方向相同的方向发生改变发生改变 : :使使系统处于再生状态系统处于再生状态 3、 前馈控制系统前馈控制系统 前馈（前馈（feed forward）的过程）的过程 前馈的例子前馈的例子 中枢对肌肉收缩活动的控制中枢对肌肉收缩活动的控制 进食前，唾液的分泌进食前，唾液的分泌 起跑前，血压升高、呼吸加快起跑前，血压升高、呼吸加快 前馈的生理意义前馈的生理意义

10、避免负反馈调节的波动性和反应的滞后性，避免负反馈调节的波动性和反应的滞后性， 更好地保持稳态更好地保持稳态 控制系统控制系统 控制信息控制信息 受控系统受控系统输出变量输出变量 监测装置监测装置反馈信息反馈信息 例子：中枢对肌肉收缩活动的控制例子：中枢对肌肉收缩活动的控制 恒温动物体温的维持恒温动物体温的维持 人体如何保持体温的恒定？人体如何保持体温的恒定？ 方式方式作用作用生理意义生理意义 负反馈负反馈反馈信号能及时传递给控制部分，控反馈信号能及时传递给控制部分，控 制系统经分析后，发出指令使受控部制系统经分析后，发出指令使受控部 分的活动减弱分的活动减弱 。 维持原来的平维持原来的平 衡状

11、态。衡状态。 正反馈正反馈反馈信号能加强控制部分的活动，使反馈信号能加强控制部分的活动，使 受控部分的活动再加强，如此循环，受控部分的活动再加强，如此循环， 促使整个系统处于再生状态。促使整个系统处于再生状态。 从而使某个生从而使某个生 理活动不断加理活动不断加 强，并迅速完强，并迅速完 成。成。 前馈前馈监测装置在检测到干扰信息后发出前监测装置在检测到干扰信息后发出前 馈信息，作用于受控系统，预先监测馈信息，作用于受控系统，预先监测 干扰，防止干扰的扰乱。干扰，防止干扰的扰乱。 避免负反馈调避免负反馈调 节的波动性和节的波动性和 反应的滞后性，反应的滞后性， 更好地保持稳更好地保持稳 态。态

12、。 第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 1665年，年，Hooke用自制的显微镜观察软木用自制的显微镜观察软木 的薄片是由许多类似蜂巢的小室组成（细胞的薄片是由许多类似蜂巢的小室组成（细胞 壁），这些小室用拉丁文命名为壁），这些小室用拉丁文命名为cellar，后来，后来 用英文的用英文的cell 表示细胞表示细胞 1838年，德国学者年，德国学者Schleiden和和Schwann创创 立了细胞学说立了细胞学说被恩格斯誉为是被恩格斯誉为是19世纪自世纪自 然科学的三大发现之一然科学的三大发现之一 1925年，生物学大师年，生物学大师Wilson提出：提出：“一切一切 生命的关键问题都要

13、到细胞中去寻找生命的关键问题都要到细胞中去寻找” 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能 细胞的生物电现象细胞的生物电现象 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能 第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 与细胞膜结构有关的作用：与细胞膜结构有关的作用： 屏障作用屏障作用 跨膜物质转运功能跨膜物质转运功能 跨膜信息传导功能跨膜信息传导功能 生物电的产生生物电的产生 1959年，年，Robertson在电镜下观察到膜的在电镜下观察到膜的 结构类似三明治，是由结构类似三明治，是由 暗明暗暗明暗 三层三层 结构组成，每层

14、厚结构组成，每层厚2.5nm 各种膜主要由各种膜主要由脂质、蛋白质和糖类脂质、蛋白质和糖类组成组成 1972年，年，Singer提出了膜的液态镶嵌模型提出了膜的液态镶嵌模型 （fluid mosaic model） 液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不 同生理功能的蛋白质同生理功能的蛋白质 一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型液态镶嵌模型: 脂质脂质(lipid)双分子层双分子层: 双嗜性分子双嗜性分子 细胞膜蛋白质细胞膜蛋白质(protein)的种类及作用的种类及作用 螺旋或球形结构螺旋或球形结构 如：载体如：载体,通道通道,离子泵离子泵

15、,转运体转运体,受体受体 ,酶，抗体等酶，抗体等 细胞膜糖类：细胞膜糖类： 糖脂或糖蛋白糖脂或糖蛋白 单纯扩散单纯扩散 膜蛋白膜蛋白介导的跨膜转运介导的跨膜转运 被动转运被动转运 经载体易化扩散经载体易化扩散 :载体载体 经通道易化扩散经通道易化扩散: :通道通道 主动转运主动转运 原发性主动转运原发性主动转运: :离子泵离子泵 继发性主动转运继发性主动转运: :转运体转运体 出胞和入胞出胞和入胞 物质的跨膜转运物质的跨膜转运 二、物质的跨膜转运二、物质的跨膜转运 1.单纯扩散单纯扩散(simple diffution) 概念概念 对象：脂溶性的非极对象：脂溶性的非极 性分子性分子(CO2和和

16、O2等等) 特点：顺浓度梯度特点：顺浓度梯度 水通过渗透或水通道扩散水通过渗透或水通道扩散 大多数物质的跨膜转运需要某些特殊蛋白质的帮助大多数物质的跨膜转运需要某些特殊蛋白质的帮助 (二）膜蛋白介导的跨膜转运二）膜蛋白介导的跨膜转运 易化扩散易化扩散(facilitated diffusion) 概念概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质, 在膜蛋白质的在膜蛋白质的“帮助帮助”下下,顺电顺电化学梯化学梯 度度跨膜移动的过程跨膜移动的过程 分类分类: 经经载体载体的易化扩散的易化扩散 经经通道通道的易化扩散的易化扩散 经经载体载体易化扩散易化扩散 概念概念: :

17、 在载体蛋白的帮助下，水溶性的小分在载体蛋白的帮助下，水溶性的小分 子物质顺浓度梯度的扩散子物质顺浓度梯度的扩散 对象对象: : 水溶性的小分子物质水溶性的小分子物质 如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等 特点特点: : 需依靠载体的需依靠载体的“帮助帮助” 顺浓度梯度，转运速度快，不需另外消耗能量顺浓度梯度，转运速度快，不需另外消耗能量 结构特异性（结构特异性（载体蛋白结合位点与被转运物质载体蛋白结合位点与被转运物质 的结合有特异性）的结合有特异性） 饱和性（饱和性（载体和载体结合位点是有限的）载体和载体结合位点是有限的） 竞争性抑制竞争性抑制 经载体易化扩散经载体易化扩散

18、2 2、经经通道通道的易化扩散的易化扩散： 概念：各种带电离子经概念：各种带电离子经离子通道离子通道(ion channel)(ion channel)顺顺 电电- -化学梯度跨膜扩散的过程化学梯度跨膜扩散的过程 特点特点: : 需依靠通道蛋白需依靠通道蛋白 顺电顺电- -化学梯度，转运速度极快，不另外消耗能量化学梯度，转运速度极快，不另外消耗能量 选择通透性选择通透性 如：如：Na+通道通道,K+通道通道,Ca2+通道通道,阳离子通道等阳离子通道等 门控特性：门控特性：通道内有一或两个闸门样的结构，通道内有一或两个闸门样的结构， 控制通道的开放或关闭控制通道的开放或关闭 具关闭具关闭(clo

19、se), 激活激活(activation)，失活，失活 inactivation)三种状态三种状态 通道的开闭受某些化学物质控制，通道的开闭受某些化学物质控制， 也称配体门控通道，通道本身也被称为受体，也称配体门控通道，通道本身也被称为受体， 如如N2型型ACh受体阳离子通道。受体阳离子通道。 （细胞外配体门控通道、细胞内配体门控通道）（细胞外配体门控通道、细胞内配体门控通道） 通道的开闭受膜两侧的电位差控制。通道的开闭受膜两侧的电位差控制。 如如K+通道，通道，Na+通道通道,Ca2+通道通道等等 耳蜗听毛细胞膜上耳蜗听毛细胞膜上 图2-1 不同门控机制的离子通道 A ：电压门控通道； B

20、：化学门控通道； C ：机械门控通道 钠通道亚单位的分子结构示意图 A ：推衍的亚单位二级结构， I, II, III, IV 代表 4 个同源 结构域，圆圈中的字母 M 、 F 、 I 是氨基酸的一字符号； B ：显示由 4 个同源结构域形成分子的孔道； C ：失活机制的示意图 载体转运载体转运: 载体载体 通道转运通道转运: 通道通道 易化扩散易化扩散 对象：带电的离子对象：带电的离子 特点：逆电特点：逆电-化学梯度化学梯度,消耗消耗ATP 生电性转运：生电性转运：1 钠泵活动的重要生理意义钠泵活动的重要生理意义： 是细胞生物电活动产生的前提条件 维持胞浆渗透压和细胞容积的相对稳定 胞内高

21、K+为许多生化反应所必须 由于生电性转运，可影响静息电位的数值 是其他许多物质继发性主动转运的动力 其它主动转运形式其它主动转运形式 : 钙泵（钙泵（Ca2+-Mg2+依赖式依赖式ATP酶）酶） 分布在骨骼肌和心肌细胞的肌浆网上分布在骨骼肌和心肌细胞的肌浆网上 H+-K+泵（泵（H+-K+依赖式依赖式ATP酶）酶） 分布在胃粘膜壁细胞表面分布在胃粘膜壁细胞表面 4、 继发性主动转运继发性主动转运(或称联合转运或称联合转运) (secondary ) 概念：利用原发性主动转运所形成的离子浓度梯度概念：利用原发性主动转运所形成的离子浓度梯度 (间接利用间接利用ATP)的主动转运过程的主动转运过程

22、转运的对象转运的对象:小分子物质或带电的离子小分子物质或带电的离子 转运蛋白或转运体转运蛋白或转运体 特点：逆电特点：逆电-化学梯度化学梯度,利用贮备势能利用贮备势能 同时转运两种或两种以上的物质同时转运两种或两种以上的物质 Na+-葡萄糖同向转运体葡萄糖同向转运体 Na+ 葡萄糖葡萄糖 Na+ 氨基酸氨基酸 紧密连接紧密连接 K+ K+ 钠泵钠泵 钠泵钠泵 Na+ Na+ 载体载体 载体载体 葡萄糖葡萄糖 氨基酸氨基酸 继发性主动转运继发性主动转运 经载体易化扩散经载体易化扩散 （三）（三）出胞出胞(exocytosis)与与入胞入胞(endocytosis) （递质，激素， 外分泌腺） 2

23、.入胞（入胞（endocytosis）：）： （1）入胞的过程：）入胞的过程： 吞噬吞噬（phagocytosis） 吞饮吞饮（pinocytosis） 液相入胞液相入胞 受体介导入胞受体介导入胞 血浆低密度脂蛋白颗粒血浆低密度脂蛋白颗粒 结合铁离子的运铁蛋白结合铁离子的运铁蛋白 等等 结合维生素结合维生素B12的特殊运输蛋白的特殊运输蛋白 多种生长调节因子，胰岛素等一部分多肽类激素多种生长调节因子，胰岛素等一部分多肽类激素 抗体和某些细菌毒素及病毒抗体和某些细菌毒素及病毒 （2） 图图2-4 受体介导的入胞示意图受体介导的入胞示意图 单纯扩散单纯扩散 膜膜蛋白蛋白介导的跨膜转运介导的跨膜转运

24、 被动转运被动转运 经载体易化扩散经载体易化扩散 :载体载体 经通道易化扩散经通道易化扩散: :通道通道 主动转运主动转运 原发性主动转运原发性主动转运: :离子泵离子泵 继发性主动转运继发性主动转运: :转运体转运体 出胞和入胞出胞和入胞 物质的跨膜转运方式物质的跨膜转运方式 跨膜信号转导的路径跨膜信号转导的路径: G蛋白耦联受体蛋白耦联受体介导的信号转导介导的信号转导 离子通道受体离子通道受体介导的信号转导介导的信号转导 酶耦联受体酶耦联受体介导的信号转导介导的信号转导 Major signal transduction pathways 第一信使第一信使（化学因子）（化学因子） 受体蛋白

25、质受体蛋白质 G-G-蛋白蛋白效应器酶（腺苷酸环化酶，磷脂酶效应器酶（腺苷酸环化酶，磷脂酶C C，, , 鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶, , 磷酸二酯酶磷酸二酯酶 等）等） 第二信使（第二信使（cAMPcAMP，IP3IP3、DGDG，cGMP,CacGMP,Ca2+ 2+ ） ） (一一)构成构成 G 蛋白耦联受体跨膜信号转导的蛋白耦联受体跨膜信号转导的主要信号蛋白主要信号蛋白： ( (二二) ) 主要的主要的 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 磷脂酶磷脂酶C C cAMPcAMP信号通路信号通路 第二信使第二信使 第一信使第一信使 （PKA) 三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（IPIP3 3）和二酰甘油（）和二

26、酰甘油（DGDG）信号通路）信号通路 激素、递质激素、递质（第一信使）（第一信使） 激活激活磷脂酶磷脂酶C C(PLC)(PLC) PIPPIP2 2 ( (第二信使）第二信使） IPIP3 3 和 和 DGDG 内质网内质网 释放释放CaCa2+ 2+ 激活兴奋性激活兴奋性G蛋白蛋白 ( (a a与与、亚单位分离亚单位分离) ) 细胞内生物效应细胞内生物效应 结合结合GPCR 激激 活活 蛋白激酶蛋白激酶C C(PKC)(PKC) 二、二、离子通道受体离子通道受体介导的信号转导介导的信号转导 1. 化学门控通道化学门控通道或配体（或配体（ligand） 2. 电压门控通道电压门控通道 3.

27、机械门控通道机械门控通道（mechanically- gated channel） 电压门控钠通道分子结构示意图电压门控钠通道分子结构示意图 三、酶耦联受体介导的信号转导三、酶耦联受体介导的信号转导 1. 酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体 ( (细胞外信号分子主要为各种生长因子和细胞因子等细胞外信号分子主要为各种生长因子和细胞因子等) ) 2. 2.鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 (重要的配体有心房钠尿肽、一氧化氮等重要的配体有心房钠尿肽、一氧化氮等 ） 酪氨酸激酶结构示意图酪氨酸激酶结构示意图 配体结配体结 合部位合部位 ATP酶酶 底物结底物结 合

28、部位合部位 电鱼伤人和临床检测电鱼伤人和临床检测 心电图心电图 脑电图脑电图 肌电图肌电图 胃肠电图胃肠电图 视网膜电图视网膜电图 许多细许多细 胞生物胞生物 电总和电总和 单细胞细单细胞细 胞生物胞生物 Cm ：膜电容； Rm ：膜电阻； R i ：纵向电阻 Cm ：膜电容； Rm ：膜电阻； R i ：纵向电阻 Gm: 膜电导 Vm: 膜电位 膜的被动电学特性和膜的被动电学特性和电紧张电位电紧张电位 细胞跨膜电位的三种形式细胞跨膜电位的三种形式: : 静息电位静息电位 局部电位局部电位 动作电位动作电位 一、一、细胞的细胞的静息电位及其产生机制静息电位及其产生机制 （一）静息电位（一）静息

29、电位 (resting potential) ：细胞未受刺激时存在于细胞膜：细胞未受刺激时存在于细胞膜 两侧的电位差两侧的电位差 特点：特点： 跨膜电位跨膜电位 直流电位直流电位 内负外正内负外正 K+平衡电位平衡电位(EK) 1902年，年，Berstein提出：提出： - 细胞内外的细胞内外的K+不均衡分布不均衡分布 -安静状态下，细胞膜主要对安静状态下，细胞膜主要对K+有通透性有通透性 -当当K+净外流为零时（由于电化学驱动力抵消），净外流为零时（由于电化学驱动力抵消）， 就形成就形成K+的平衡电位的平衡电位 静息状态静息状态下细胞膜内外主要离子分布下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通

30、透性及膜对离子通透性 离子浓度 （mmol/L） 主要 离子 膜内 膜外 膜 内 与 膜 外 离 子 比 例 膜对离子通 透性 N Na a + + 1 14 4 1 14 42 2 1 1: :1 10 0 通通透透性性很很小小 K K + + 1 15 55 5 5 5 3 31 1: :1 1 通通透透性性大大 C Cl l - - 8 8 1 11 10 0 1 1: :1 14 4 通通透透性性次次之之 A A - - 6 60 0 1 15 5 4 4: :1 1 无无通通透透性性 Permeability of different ions through resting mem

31、brane 通透性：通透性：K K+ + ClCl- - NaNa+ + A A- - K+i=K+o 通透膜 选择性通透膜 顺浓度梯度顺浓度梯度 逆电位梯度逆电位梯度 顺浓度梯度顺浓度梯度 顺浓度梯度顺浓度梯度 驱动力驱动力 浓度梯度浓度梯度+ +电位梯度电位梯度 IntracellularExtracellular IntracellularExtracellular ExtracellularIntracellular Cl- 不能通透不能通透 离子的跨膜平衡电位离子的跨膜平衡电位(equilibrium potential) Nernst公式 E EK K=RT/ZF=RT/ZFlnK

32、lnK+ + O O/K/K+ + i i =59.5logK =59.5logK+ + O O/K/K+ + i i R R 气体常数；气体常数； T T 温度；温度； Z Z 离子的化合价；离子的化合价； F F 法拉第常数法拉第常数 E ENa Na=RT/ZF =RT/ZFlnNalnNa+ + O O/Na/Na+ + i i =59.5logNa =59.5logNa+ + O O/Na/Na+ + i i 细胞膜对Na+、K+、Cl-都是可通透的，膜电位取 决于膜对这些离子的相对通透性； 一般细胞膜对Cl- 没有主动转运，因此膜电位决定其在膜两侧的浓度 （即Em=ECl），而膜对

33、K+ 和Na+的相对通透性成为膜电 位的主要决定因素。 膜电位膜电位（Em）= PK PK+PNa EK PNa PK+PNa ENa+ 因因P PNa Na P PK K ，所以膜电位接近，所以膜电位接近E EK K 因此：因此：静息电位为静息电位为K+平衡电位平衡电位(EK) 影响静息电位水平的因素：影响静息电位水平的因素： 膜外膜外K+浓度升高浓度升高静息电位减小静息电位减小(去极化去极化) 膜对膜对K+的通透性相对增加的通透性相对增加静息电位加大静息电位加大(超极化超极化) 膜对膜对Na+的通透性相对增加的通透性相对增加静息电位减小静息电位减小 钠钠-钾泵活动的水平增强钾泵活动的水平增

34、强静息电位加大静息电位加大(超极化超极化) 极化状态极化状态 去极化去极化 复极化复极化 极化极化polarization：静息电位存在时膜两 侧所保持的内负外正的状态 polarization:膜内负值加大 polarization:膜内负值减小 polarization: 膜内极性的倒转 polarization:：细胞先发生去极化， 然后向正常安静时膜内所处的负值恢复 三、动作电位及其产生机制三、动作电位及其产生机制 （一）细胞的动作电位（一）细胞的动作电位（action potential） ：在静息电位的基础上，如果细胞受到在静息电位的基础上，如果细胞受到 一个适当的刺激，其膜电位会

35、发生一个适当的刺激，其膜电位会发生 迅速的一过性的波动迅速的一过性的波动 spike（去极相（去极相,复极相）复极相） （分负后电位和正后电位）（分负后电位和正后电位） 图图2-8 神经纤维跨膜电位的记录神经纤维跨膜电位的记录 动作电位的特性动作电位的特性 为一系列膜电位的变化为一系列膜电位的变化 有一定的持续时间有一定的持续时间 产生的产生的“全或无全或无” 性质和可传播性质和可传播 性性 (动作电位大小与刺激强度和传导距离无关动作电位大小与刺激强度和传导距离无关) 几个基本概念几个基本概念: 兴奋兴奋（excitation）: :指动作电位指动作电位 可兴奋细胞可兴奋细胞（excitabl

36、e cell） 兴奋性兴奋性（excitability）: : 可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力 刺激刺激（stimulation）：）：指内、外环境因素的变化指内、外环境因素的变化 刺激的三个参数：刺激的三个参数： 刺激的强度刺激的强度 刺激的持续时间刺激的持续时间 刺激强度对时间的变化率刺激强度对时间的变化率 刺激强度刺激强度 刺激强度变化率刺激强度变化率 刺激持续时间刺激持续时间 电刺激的波形有电刺激的波形有:方波与三角波方波与三角波 阈强度阈强度（threshold intensity） -能引起动作电位的最小刺激强度能引起动作电位的最小刺激强度

37、 也称为阈值也称为阈值(threshold) 阈刺激阈刺激（threshold stimulus） -相当于阈强度的刺激相当于阈强度的刺激 阈下刺激阈下刺激: - -低于阈强度的刺激低于阈强度的刺激 阈上刺激阈上刺激 -高于阈强度的刺激高于阈强度的刺激 衡量细胞兴奋性常用的指标衡量细胞兴奋性常用的指标: : 阈强度阈强度 阈强度与兴奋性成反比阈强度与兴奋性成反比 刺激与兴奋的关系刺激与兴奋的关系 刺刺 激激 可兴奋可兴奋 组织组织 动作动作 电位电位 骨骼肌收缩骨骼肌收缩 神经释放递质神经释放递质 腺细胞分泌腺细胞分泌 兴奋兴奋 动作电位动作电位 动作电位的发生机制动作电位的发生机制 在静息电

38、位条件下，在静息电位条件下，Na+受到很强的内向电化受到很强的内向电化 学驱动力学驱动力 利用利用电压钳技术电压钳技术观测了动作电位期间膜电导观测了动作电位期间膜电导 的变化的变化 先是迅速增加的先是迅速增加的NaNa+ +电导电导 随后，随后，NaNa+ +电导减小，电导减小，K K+ +电导的增大电导的增大 利用利用膜片钳技术膜片钳技术记录到单个离子通道的电流记录到单个离子通道的电流 探讨动作电位期间探讨动作电位期间膜对离子通透性膜对离子通透性的变化的变化 内向电流内向电流（inward current） 外向电流外向电流（outward current） 电压钳电压钳(voltage c

39、lamp)技术技术 膜片钳膜片钳(patch clamp)技术技术 Na+通道特异性阻断剂通道特异性阻断剂 河豚毒河豚毒（tetrodotoxin,TTX） K+通道特异性阻断剂通道特异性阻断剂 四乙胺四乙胺（tetraethylammonium,TEA） 单通道电流单通道电流（single channel currentsingle channel current） 宏膜电流宏膜电流（macroscopical currentmacroscopical current） （1 1）离子替换实验）离子替换实验 枪乌贼巨轴突（Squid giant axon)； 玻璃电极作记录： Hodgkin

40、 ; 肌膜和横管上肌膜和横管上L L型型CaCa2+ 2+通道激活 通道激活; ; 肌浆网上肌浆网上RyanodineRyanodine受体激活，肌浆网受体激活，肌浆网CaCa2+ 2+释放 释放( (引起钙瞬变引起钙瞬变);); 触发肌丝滑行，肌细胞收缩。触发肌丝滑行，肌细胞收缩。 图2-24 横纹肌肌浆网Ca2+释放机制 : A：钙触发钙释放机制示意图 B：电一机械耦联机制示意图。肌膜的去极化引起L型钙通道电压敏感肽段的位 移，导致“拔塞”样作用的构象改变，使肌浆网钙释放通道开放。 Skeletal muscleCardiac muscle 3.骨骼肌与心肌的肌质网释放骨骼肌与心肌的肌质网

41、释放Ca2+的机制有何不同的机制有何不同? Muscle relaxationmechanisms that restore sarcoplamic Ca2+ Back to calcium store: Ca2+ pump in sarcoplasmic reticulum membrane; 100% in skeletal muscle; 70% in cardiac muscle Out of the cell: Na+-Ca2+ exchanger in cell membrane; Ca2+ pump in cell membrane; 四、四、影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收

42、缩效能的因素 （1） 肌肉在收缩前所承受的负荷肌肉在收缩前所承受的负荷 使肌肉处于一定的使肌肉处于一定的 （2） 肌肉在收缩过程中所承受的负荷肌肉在收缩过程中所承受的负荷 阻碍肌肉收缩时缩短阻碍肌肉收缩时缩短的速度的速度 （3）肌肉收缩能力肌肉收缩能力 肌肉肌肉收缩效能收缩效能 指张力，缩短程度指张力，缩短程度或或速度速度 等长收缩等长收缩（isometric contraction） 收缩时肌肉的长度保持不变收缩时肌肉的长度保持不变 而只有张力的增加而只有张力的增加 等张收缩等张收缩（isotonic contraction） 收缩时只发生肌肉缩短收缩时只发生肌肉缩短 而张力保持不变而张力保

43、持不变 A B 正常工作长度正常工作长度 总张力总张力 主动张力主动张力 被动张力被动张力 肌肉长度（最适长度为肌肉长度（最适长度为1） 张力（张力（kg/cm2) 长度微调长度微调 张力换能器张力换能器 刺激刺激 肌肉肌肉 主动张力主动张力 肌节长度（肌节长度（ m） 张力（张力（kg/cm2) 后负荷对肌肉收缩的影晌：后负荷对肌肉收缩的影晌： 用用 调节收缩前长度调节收缩前长度 杠杆杠杆 支点支点 负荷负荷 长度换能器长度换能器 张力换能器张力换能器 刺激刺激 缩短速度缩短速度 Vmax 张力速度曲线张力速度曲线 P0 负荷（张力负荷（张力） 肌肉等张收缩时的张力速度曲线肌肉等张收缩时的张力速度曲线 图图2-22 肌肉等张收缩时的张力肌肉等张收缩时的张力-速度关系速度关系 肌肉收缩能力肌肉收缩能力(contractility) 的影响的影响 肌肉收缩能力为：肌肉收缩能力为： 肌肉收缩能力提高时肌肉