生物电现象和兴奋性实用教案

1、 ( (一一) )刺激和反应刺激和反应(fnyng)(fnyng) 1. 1.刺激刺激 stimulation stimulation：细胞所处的内外环境的变化。细胞所处的内外环境的变化。2.2.反应反应(fnyng) response: (fnyng) response: 可兴奋细胞对刺激所发生的应答。可兴奋细胞对刺激所发生的应答。 1第1页/共38页第一页，共38页。 1. 1.刺激刺激(cj)(cj) 刺激刺激(cj)(cj)的形式：的形式：化学；物理；机械等化学；物理；机械等 刺激刺激(cj)(cj)的三要素：的三要素：强度；持续时间；强度强度；持续时间；强度- -时间变化率时间变化率

2、 2第2页/共38页第二页，共38页。阈强度阈强度(qingd)(qingd)(阈值阈值) threshold ) threshold intensityintensity 刺激的持续时间固定刺激的持续时间固定, ,引起细胞发生引起细胞发生反应的最小刺激强度反应的最小刺激强度(qingd),(qingd),称为阈强度称为阈强度(qingd)(qingd)。 阈刺激阈刺激 threshold stimulus threshold stimulus 具有阈强度具有阈强度(qingd)(qingd)的刺激称为阈刺的刺激称为阈刺激。激。 3第3页/共38页第三页，共38页。2.2.反应反应 兴奋兴奋

3、excitation excitation兴奋是指细胞兴奋是指细胞(xbo)(xbo)在刺激下产生可传播在刺激下产生可传播的电变化的现象。这种电变化称动作电位，是的电变化的现象。这种电变化称动作电位，是一种去极化现象。一种去极化现象。 抑制抑制 inhibition inhibition 细胞细胞(xbo)(xbo)膜电位在刺激下产生超极膜电位在刺激下产生超极化现象。化现象。4第4页/共38页第四页，共38页。 ( (二二) )可兴奋可兴奋(xngfn)(xngfn)细胞和兴奋细胞和兴奋(xngfn)(xngfn)性性 1. 1.可兴奋可兴奋(xngfn)(xngfn)细胞细胞 excitab

4、le cell excitable cell受刺激后能产生动作电位的细胞。受刺激后能产生动作电位的细胞。神经细胞、肌肉细胞、腺体细胞属于此类。神经细胞、肌肉细胞、腺体细胞属于此类。 5第5页/共38页第五页，共38页。2.2.兴奋性兴奋性 excitability excitability 可兴奋细胞可兴奋细胞(xbo)(xbo)对刺激产生兴奋的能力。对刺激产生兴奋的能力。 衡量兴奋性高低的指标衡量兴奋性高低的指标阈值阈值兴奋性兴奋性 1 1阈值阈值(y zh)(y zh)6第6页/共38页第六页，共38页。二、静息二、静息(jn x)电位电位( (一一) )静息电位静息电位 Resting

5、potential Resting potential，RPRP 细胞在未受刺激时细胞在未受刺激时( (静息状态静息状态(zhungti)(zhungti)下下),),存在于细胞膜内外的电位差。存在于细胞膜内外的电位差。 7第7页/共38页第七页，共38页。1、在微电极尖刚插入(ch r)膜内的瞬间,记录仪器显现一个突然的电位变化；2、静息电位是一个稳定的直流电位；3、范围:-10mV-100mV(随细胞种类而不同); 8第8页/共38页第八页，共38页。( (二二) )静息静息(jn x)(jn x)电位产生机制电位产生机制1 1、生物电活动的基础、生物电活动的基础: : 钠泵活动造成钠泵活

6、动造成(zo chn)(zo chn)膜内外离子膜内外离子不均衡分布不均衡分布: :胞外胞外Na+Na+胞内胞内Na+,Na+,胞内胞内K+K+胞外胞外K+K+9第9页/共38页第九页，共38页。Primary active transportNa+-K+ 依赖(yli)式ATP酶（钠泵）3Na+(由胞内向(ni xin)胞外): 2K+ (由胞外向胞内)10第10页/共38页第十页，共38页。2 2、静息电位产生机制：、静息电位产生机制：膜通透性：安静状态膜通透性：安静状态(zhungti)(zhungti)下下, ,膜只对膜只对K+K+通透通透K+K+扩散驱动力：浓度差和电位差扩散驱动力：

7、浓度差和电位差K+K+扩散平衡：电位差扩散平衡：电位差= =浓度差浓度差, ,驱驱动力动力=0=0此时静息电位即为此时静息电位即为K+K+平衡电位平衡电位11第11页/共38页第十一页，共38页。K+K+平衡平衡(pnghng)(pnghng)电位电位 细胞膜内外细胞膜内外K+K+存在浓度差：内高外低存在浓度差：内高外低 细胞膜对细胞膜对K+K+通透，故通透，故K+K+可扩散至细胞外建立起可扩散至细胞外建立起电位差：外正内负电位差：外正内负 K+K+的浓度差：促使的浓度差：促使K+K+外流外流 K+K+的电位差：阻碍的电位差：阻碍K+K+外流外流 当二者的力量相等，则当二者的力量相等，则K+K

8、+的净流动的净流动(lidng)(lidng)等等于零，此时的膜电位稳定在一个固定值，这就于零，此时的膜电位稳定在一个固定值，这就是是K+K+平衡电位。平衡电位。第12页/共38页第十二页，共38页。K+K+平衡平衡(pnghng)(pnghng)电位计算电位计算NernstNernst方程方程(fngchng)(fngchng)： K+o K+oEK = 61 log (mV)EK = 61 log (mV) K+i K+i = -94 mV = -94 mV 13第13页/共38页第十三页，共38页。三、动作电位及其产生三、动作电位及其产生(chnshng)机制机制( (一一) )动作电位

9、动作电位 Action potential, AP Action potential, AP 1 1、在、在RPRP基础基础(jch)(jch)上，细胞受到一个不上，细胞受到一个不小于小于阈值的刺激，此时在细胞膜上发生的一次阈值的刺激，此时在细胞膜上发生的一次可传播的电位变化，即为动作电位。可传播的电位变化，即为动作电位。产生动作电位是细胞兴奋的本质表现。产生动作电位是细胞兴奋的本质表现。 14第14页/共38页第十四页，共38页。2、神经细胞(shn jn x bo)动作电位的波形:15第15页/共38页第十五页，共38页。神经细胞神经细胞(shn jn x bo)动作电位（动作电位（ AP

10、 ） 锋电位锋电位: : 包括除极相包括除极相+ +复极相的前半部分复极相的前半部分 特点：变化迅速，变化幅度大特点：变化迅速，变化幅度大 是细胞兴奋的标志是细胞兴奋的标志(biozh)(biozh) 后电位：包括复极相的后半部分后电位：包括复极相的后半部分 特点：变化缓慢且微小特点：变化缓慢且微小第16页/共38页第十六页，共38页。锋电位锋电位(din wi)升支升支(除极相除极相) 降支降支(复极相复极相)后电位后电位(din wi) 负后电位负后电位(din wi) 正后电位正后电位(din wi)17升支降支第17页/共38页第十七页，共38页。 局部局部 电位电位(din wi)(

11、din wi)Na+Na+通道通道激活激活Na+Na+通道失活通道失活升支升支动作电位的动作电位的升支升支Na+Na+通道激活开放通道激活开放,Na+,Na+内流形成内流形成(xngchng)AP(xngchng)AP上升支上升支18升支第18页/共38页第十八页，共38页。动作电位的动作电位的降支降支K+K+通道激活开放通道激活开放,K+,K+外流形成外流形成(xngchng)AP(xngchng)AP下降支下降支Na+Na+通道通道失活失活, ,同时同时(tngsh)(tngsh)K+K+通道通道激活激活 降支降支19降支第19页/共38页第十九页，共38页。 小结小结动作电位形成的离子基

12、础：动作电位形成的离子基础： 升支升支:Na+内流；内流； 降支降支:K+外流；外流； 静息水平静息水平(shupng): Na+- K+ 泵活动泵活动,离子恢复静息时的分布状态；离子恢复静息时的分布状态； 20第20页/共38页第二十页，共38页。动作电位期间动作电位期间(qjin)的离子通道的离子通道ion channels Na+ Na+通道通道(tngdo)(tngdo)：通道通道(tngdo)(tngdo)特异性阻断剂：特异性阻断剂：河豚毒河豚毒 K+ K+通道通道(tngdo)(tngdo)：通道通道(tngdo)(tngdo)特异性阻断剂：特异性阻断剂：四乙铵四乙铵21第21页/

13、共38页第二十一页，共38页。3、动作电位的特点、动作电位的特点(tdin)： “全或无全或无” all or none：锋电位幅度不随：锋电位幅度不随 刺激强度增加而增大刺激强度增加而增大 可传播性可传播性:不衰减不衰减(shui jin)传导传导(幅度波形不变幅度波形不变) 有不应期有不应期:因而锋电位之间不发生融合因而锋电位之间不发生融合 或叠加或叠加22第22页/共38页第二十二页，共38页。4.4.细胞一次兴奋细胞一次兴奋(xngfn)(xngfn)后兴奋后兴奋(xngfn)(xngfn)性的周期性变化性的周期性变化（即细胞的兴奋（即细胞的兴奋(xngfn)(xngfn)性在动作电性

14、在动作电位时段内的变化）位时段内的变化） 1 1）绝对不应期）绝对不应期( (相当于锋电位相当于锋电位) ) 细胞在发生细胞在发生(fshng)(fshng)兴奋兴奋( (峰电位峰电位) )的一的一段短暂的时间，兴奋部位对后面的、无论多段短暂的时间，兴奋部位对后面的、无论多强的刺激都不再发生强的刺激都不再发生(fshng)(fshng)兴奋。兴奋。兴奋性兴奋性=0=023第23页/共38页第二十三页，共38页。2 2）相对不应期）相对不应期( (相当于负后电位前期相当于负后电位前期) ) 此时细胞的兴奋性逐渐恢复，但对原来的阈此时细胞的兴奋性逐渐恢复，但对原来的阈刺激刺激(cj)(cj)仍不发

15、生兴奋反应，必须用阈上仍不发生兴奋反应，必须用阈上刺激刺激(cj)(cj)才能引起反应。才能引起反应。正常正常 兴奋性兴奋性 0 024第24页/共38页第二十四页，共38页。 3 3）超常期）超常期( (相当于负后电位相当于负后电位(din wi)(din wi)后期后期) )此时细胞的兴奋性稍高于正常，用略低于阈值的此时细胞的兴奋性稍高于正常，用略低于阈值的刺激即可引起兴奋反应。刺激即可引起兴奋反应。 兴奋性兴奋性 正常正常 25第25页/共38页第二十五页，共38页。 4 4）低常期）低常期( (相当于正后电位相当于正后电位) )此时此时(c sh)(c sh)细胞的兴奋性低于正常，需要

16、较大的细胞的兴奋性低于正常，需要较大的刺激才可引起兴奋反应。刺激才可引起兴奋反应。 兴奋性兴奋性 K+外流外流 30第30页/共38页第三十页，共38页。 膜发生更强的去极化膜发生更强的去极化从而使更多从而使更多Na+Na+通道开放和通道开放和Na+Na+内流内流( (形成形成(xngchng)Na+(xngchng)Na+通道激活对膜去极通道激活对膜去极化的正反馈化的正反馈)直至产生动作电位。直至产生动作电位。31第31页/共38页第三十一页，共38页。(2) (2) 阈电位阈电位 threshold potential threshold potential，TPTP 能引起大量能引起大量

17、(dling)Na+(dling)Na+通道通道开放和开放和Na+Na+内流，进而诱发动作电位的内流，进而诱发动作电位的临界膜电位值。临界膜电位值。 32第32页/共38页第三十二页，共38页。 阈电位TP一般比静息电位RP小1020mV。 如神经细胞RP=-70mV，TP-55mV 达到(d do)阈电位后,动作电位幅度只取决于膜电位去极化程度、Na+通道和Na+电流之间的正反馈过程，而与外加刺激强度无关。33第33页/共38页第三十三页，共38页。(3)(3)局部电位局部电位 Local potential Local potential 阈下刺激因强度较弱而不能使阈下刺激因强度较弱而不能

18、使膜去极化达到膜去极化达到(d do)(d do)阈电位，不能阈电位，不能触发动作电位，但可引起局部反应触发动作电位，但可引起局部反应( (局部电位局部电位) )。34第34页/共38页第三十四页，共38页。 局部电位局部电位(din wi)(din wi)的特征：的特征：非非“全或无全或无”：电位：电位(din wi)(din wi)幅度幅度随刺激强度的增随刺激强度的增 大而增大大而增大属于局部电紧张性电位属于局部电紧张性电位(din wi)(din wi)可以叠加可以叠加: : 空间叠加空间叠加: spatial overlay: spatial overlay 时间叠加时间叠加: temporal overlay : tempo