细胞的基本功能品课培训课件

细胞的基本功能品课第二章细胞的

基本功能Thebasicfunctionsofcell2细胞的基本功能品课第三节细胞的电活动TheBioelectricPhenomenaofCell讲授者大连大学医学院生理教研室孙莉3细胞的基本功能品课一、细胞膜的被动电学特性和电紧张电位膜电容和膜电阻RKRNaRClRCaCm膜电容：脂质双层构成的绝缘层类似平行板电容器，具有电容的特性。跨膜电位：膜上离子通道开放，带电离子流动时产生膜两侧电位差。也称“膜电位”。膜电阻：单纯的脂质双层几乎是绝缘的，电阻高，因其中嵌入许多离子通道和转运体，离子通道和转运体的数量越多，膜电阻就越小。。膜电导：膜电阻的倒数。表示膜对离子通透性的大小。轴向电阻：沿细胞长轴存在。细胞膜的被动电学特性：细胞膜作为一个静态的电学元件所表现出的电学特性。4细胞的基本功能品课膜的被动电学特性和电紧张电位B：经微电极向神经纤维胞浆内注入的电流沿轴浆纵向流动并跨膜流出胞外，由于纵向电阻的存在和沿途不断跨膜漏出,电流密度随流动距离的延长而逐渐衰减；A：膜的等效电路图。Cm：膜电容；Rm：膜电阻；Ri：纵向电阻。C：随距离逐渐衰减的跨膜电流引起的膜电位变化－电紧张电位电紧张电位：由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位。5细胞的基本功能品课二、静息电位(Restingpotential)

及其产生机制（一）静息电位的记录和数值神经纤维跨膜电位的记录A：神经纤维跨膜电位记录的实验布置；B：有髓鞘神经纤维动作电位6细胞的基本功能品课

极化：静息电位存在时，细胞膜电位外正内负的状态。

超极化：静息电位增大的过程或状态。（例：-70→-100mv）

去极化：静息电位减小的过程或状态。（例：-70→-50mv）反极化：去极化至零电位后，膜内电位进一步变正值。

复极化：细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复静息电位概念:

静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差.7细胞的基本功能品课去极化（除极）极化超极化-------

++++++++++

++++

++++++++++

+++

++

+++

------------------------------

++++++

++

++++++

<-70mV=-70mV>-70mV8细胞的基本功能品课（二）静息电位产生机制细胞内外离子分布特点：

主要阴离子：Cl-蛋白质细胞外细胞内主要阳离子：Na+K+

细胞内(mM）

细胞外（mM）<>><<<9细胞的基本功能品课RP形成条件细胞内外离子的不均衡分布（浓度差：钠泵活动的结果）

细胞膜对离子的选择通透性（由细胞的功能状态所决定）10细胞的基本功能品课静息时K+通道开放[K+]o[K+]i>浓度差驱动K+外流K+出来后，负电荷不能随同出去，K+聚集在膜的外表面以膜为界，出现外正内负静息电位产生基础非门控K+通道（K+漏通道）11细胞的基本功能品课影响K+扩散的力量浓度差促使K+扩散

电场力阻碍K+扩散浓度差=电位差

K+的平衡电位

电化学驱动力为零时，K+的跨膜净移动为零，此时的跨膜电位称为K+的平衡电位。12细胞的基本功能品课K+的平衡电位的形成过程

在静息情况下，细胞膜对蛋白质等有机负离子基本上是不通透的，对K+的通透性较大，对Na+的通透性较小。因此，K+可以扩散到细胞外，扩散出细胞外的K+，建立起外正内负的电位差，此电位阻碍K+的外流，而K+的浓度差则促使K+外流，如前者的力量小于后者，则K+继续外流，如大于后者，则驱使K+内流，如二者的力量相等，则K+的净流动等于零，表明所建立的静息电位达到能阻止K+的外流为止，膜电位便维持在一稳定的数值，此时的膜电位就是

K+外流形成的电-化学平衡电位。13细胞的基本功能品课EK[K+]ilnRT=ZF[K+]o[K+]ilog=[K+]o60-90mVNernst方程式：静息时，细胞内外电荷分布情况电位测量细胞内电位低于细胞外R:气体常数T：绝对温度F：法拉第常数Z：原子价14细胞的基本功能品课参与静息电位形成的其它因素静息电位实际值<理论值Na+进入细胞内15细胞的基本功能品课Na+-K+泵在维持RP中的特殊作用静息电位时，K+不断漏出、Na+不断漏入细胞。当细胞内Na+升高，激活Na+泵，不断将3个Na+搬出，将2个K+搬入，使膜内电位负值增大。16细胞的基本功能品课K+外流形成的电-化学平衡电位。少量Na+离子内流。钠-钾泵（生电性泵）参与细胞内负电位的形成。

RP形成机制总结17细胞的基本功能品课影响静息电位水平的因素细胞外K+浓度：

K+浓度↑→EK负值↓→静息电位↓膜对Na+

、K+的相对通透性膜对K+通透性相对↑→静息电位↑膜对Na+通透性相对↑→静息电位↓钠泵活动的水平：活动↑→静息电位↑（膜产生一定超极化）18细胞的基本功能品课2.RP

主要是K+外流所形成的电-化学平衡电位。4.Na+

-K+泵的活动也参与静息电位的形成。静息电位小结3.少量Na+内流,参与静息电位的形成。1.膜内外离子不均衡分布和膜的选择性通透是产生RP的基础;离子不均衡分布是Na+-K+

泵活动的结果。19细胞的基本功能品课三、动作电位及其形成机制ActionPotential20细胞的基本功能品课（一）动作电位(ActionPotential)后电位动作电位概念

在静息电位基础上，给细胞一个适当的刺激，可触发产生可传播的电位波动，称为动作电位.锋电位

负后电位（后去极化）

正后电位（后超极化）波形组成21细胞的基本功能品课动作电位特性全或无现象不衰减性传播动作电位时相去极化复极化阈值：能引发动作电位的最小刺激强度，也称为阈强度。

22细胞的基本功能品课（二）动作电位的产生条件细胞内外离子的不均衡分布（Na+浓度差：外：内=10：1）细胞膜对离子的选择通透性（细胞兴奋时允许Na+内流）内向电流：膜外正电荷流入膜内。使膜内电位负值减小，引起膜去极化。外向电流：正电荷由胞内流出胞外。引起膜的复极化或超极化。23细胞的基本功能品课电化学驱动力：当某种离子跨膜扩散时，受到来自浓度差和电位差的双重驱动力，两个驱动力的代数和称为电化学驱动力。决定离子的跨膜流动的方向和速度Na+

的电化学驱动力：－70mV-(+60mV)=-130mVK+的电化学驱动力:－70mV-(-90mV)=+20mV表明：静息时Na+受到很强的内向驱动力（三）动作电位的产生机制静息电位(Em)=-70mVEK=-90mVENa=+60mV负值代表内向驱动力，推动产生内向电流（正离子流入膜内或负离子流出膜外→膜内电位负值↓→去极化）。正值代表外向驱动力，推动产生外向电流（正离子流出膜外或负离子流入膜内→膜内电位负值↑→复极化、超极化）。24细胞的基本功能品课电压钳特点:膜电位（Em）固定一水平，使电化学驱动力（Em-ENa

）也保持恒定钠电导GNa=INa/Em-ENa

电压钳技术记录膜电位及分析25细胞的基本功能品课利用电压钳技术记录的枪乌鲗大神经轴突的膜电流及其离子成分的分析Ａ：钳制电压Ｂ：记录的内向电流和外向电流Ｃ：河豚毒（TTX）阻断了内向电流Ｄ：四乙铵（TEA）阻断了外向电流证实：内向电流是Na+内流产生的证实：外向电流是K+外流产生的26细胞的基本功能品课2.动作电位期间膜电导的变化

动作电位的产生机制

上升支：Na+

电导增加，Na+内流。下降支：K+电导增加，K+外流。27细胞的基本功能品课

升支：电压门控Na+通道→内向电流→去极化（2）动作电位的产生过程刺激↓神经纤维↓局部膜去极化↓电压门控Na+通道开放、Na+内流↓阈电位↓更大的Na+的通透性、Na+内流（内向电流）↓Na+内流的再生性循环↓膜去极化↓Na+平衡电位阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值。（能引起正反馈过程的临界膜电位）

28细胞的基本功能品课Na+通道的再生性激活与AP的上升支膜去极化到达阈电位后，使更多的Na+通道开放，形成Na+内流的正反馈，出现AP升支。内向Na+电流

去极化门控Na+

通道开放电压

钠电导的电压依赖性和由此产生的去极化过程中的正反馈机制，是动作电位起始的关键因素。29细胞的基本功能品课Na+通道失活与正反馈环的终止

Na+

通道的三种状态关闭激活失活失活去极化过程中钠通道状态的变化Vm：膜电位；Im：膜电流；m和h分别示意钠通道的激活门和失活门干预Na+

通道的药物及临床应用Na+

通道阻断剂：Ⅰ类抗心律失常药，可抑制异常兴奋环路中动作电位的传导，终止快速心律失常。Na+

通道激动剂；可增加心肌动作电位期间Na+和Ca2+的流入，是一种强心药。30细胞的基本功能品课动作电位去极化过程Na+离子内流形成的电-化学平衡电位。

当细胞受到阈刺激或阈上刺激时，细胞膜对Na+的通透性增大，电压门控Na+通道开放，Na+内流，膜去极化，当达阈电位时，Na+通道大量开放，Na+内流超过K+外流，使膜发生更强的去极化，这又会使更多的Na+通道开放，和形成更强的Na+内流，形成Na+通道激活对膜去极化的正反馈，膜迅速去极化，膜内负电位消失，形成正电位，当其足以阻止Na+净移入为止。形成上升支。31细胞的基本功能品课电压门控K+通道与复极化复极化（mV）

膜电位时间（ms）降支：

K+通透性增加→K+外流→复极化钾通道只有一个激活门，没有失活门，激活门关闭过程称为去激活。32细胞的基本功能品课动作电位复极化过程K+外流形成的电-化学平衡电位。

去极化后Na+的通透性迅速降低，K+通透性逐渐增强。外向的K+电流使膜电位复极到静息电位水平。动作电位的复极化是K+外流形成的电化学平衡电位。

33细胞的基本功能品课后电位后去极化膜电位向静息电位恢复的过程中，膜处于轻度除极状态。原因：复极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近，暂时阻碍了K+外流的结果。后超极化后去极化后，膜电位又进入一个轻度超极化状态。

原因：钠-钾泵活动。

在锋电位下降支后，膜电位有缓慢和微小的变化称为后电位34细胞的基本功能品课动作电位期间，离子通道开放情况静息状态：去极化：复极化：电压门控Na+通道开放K+通道开放K+通道开放Na+-K+泵工作（mV）膜电位时间（ms）35细胞的基本功能品课动作电位形成机制小结去极化：

Na+内流形成的电-化学平衡电位。复极化：K+外流形成的电-化学平衡电位。36细胞的基本功能品课（三）动作电位的传播局部电流膜去极化，与临近膜之间产生电位差使临近膜去极化达到阈电位Na+通道大量开放进入再生性循环动作电位局部电流37细胞的基本功能品课与传导速度有关的因素动作电位的传导方向：在体内，AP总是在轴突的起始部产生，由于不应期的存在，兴奋只能传向末梢。有髓纤维：跳跃式传导

38细胞的基本功能品课1.动作电位（AP）是“全或无”(allornone)式的。2.当膜电位去极化到阈电位时，爆发AP。AP期间，

先是电压门控Na+通道开放，然后是电压门控K+

通道开放。3.电压门控Na+通道开放引起Na+快速内流（内向电流），形成AP的上升支。4.Na+通道快速失活，K+外流加快，引起复极化。动作电位小结39细胞的基本功能品课（四）缝隙连接兴奋传播方式：在细胞间直接传播缝隙连接模式图（1）在缝隙连接处，相耦联的两个细胞的质膜靠得很近（﹤3nm）。（2）细胞膜上有蛋白颗粒，是由六个连接蛋白单体形成的同源六聚体，称连接子。（3）每个连接子中央有一个亲水性孔道。（4）两侧膜上的连接子端端相连，使两个连接子的亲水性孔道对接，形成缝隙连接通道，每侧膜上的连接子相当于一个半通道。（5）缝隙连接通常是开放的，允许水溶性分子和离子通过，同时形成细胞间的一个低电阻区。（6）一个细胞产生的动作电位可通过流经缝隙连接的局部电流直接传播到另一个细胞。特点40细胞的基本功能品课四、局部电位

不是“全或无”的，而是随着阈下刺激的增大而增大不能在膜上作远距离传播，只能以电紧张扩布的形式传播可以叠加：时间性总和空间性总和特性41细胞的基本功能品课局部电位与动作电位的异同点异同点动作电位局部电位全或无现象不衰减传导总和现象有有无无电紧张性扩布有42细胞的基本功能品课

五、可兴奋细胞及其兴奋性(一)兴奋和可兴奋细胞兴奋：细胞受到刺激产生动作电位的过程。可兴奋细胞：受刺激后能产生动作电位的细胞。43细胞的基本功能品课可兴奋细胞

神经元

肌细胞

腺细胞44细胞的基本功能品课(二)组织的兴奋性和阈刺激

刺激的三要素：

电刺激的特点：刺激参数容易控制。刺激强度刺激持续的时间刺激强度对时间的变化率

刺激的类型：物理和化学因素（环境变化）兴奋性：细胞受到刺激后产生动作电位的能力。刺激：细胞所处环境因素的变化。45细胞的基本功能品课●阈上刺激：●

阈下刺激：刺激强度<阈值刺激强度>阈值阈值（threshold）或阈强度

刺激时间和强度-时间变化率固定，能使组织发生兴奋的最小刺激强度。●

阈刺激：刺激强度=

阈值有效刺激46细胞的基本功能品课兴奋性与阈强度的关系兴奋性∝阈强度1

阈强度越小，兴奋性越高；阈强度越大，兴奋性越低。阈强度可作为衡量组织兴奋性高低的客观指标。47细胞的基本功能品课

绝对不应期

相对不应期超常期

低常期

兴奋性恢复不同细胞的绝对不应期长短：神经纤维和骨骼肌：0.52ms

心肌：200400ms(三)细胞兴奋后兴奋性的变化一、兴奋性和刺激引起兴奋的条件48细胞的基本功能品课6.AP时相与兴奋性周期的对应关系50细胞的基本功能品课细胞受刺激而兴奋时，膜内电位负值减少称作

A．极化

B．去极化

C．复极化

D．超射

E.超极化目标测试★51细胞的基本功能品课大多数细胞产生和维持静息电位的主要原因是

A．[K+]i>[K+]o和静息时膜主要对K+有通透性

B．[K+]o>[Na+]i和静息时膜主要对Na+有通透性

C．[K+]o>[K+]i和静息时膜主要对K+有通透性

D．[Na+]o>[K+]i和静息时膜主要对Na+有通透性

E.静息时钙泵活动增强★52细胞的基本功能品课静息电位大小接近于

A．钠平衡电位

B．钾平衡电位

C．氯平衡电位

D．钠平衡电位与钾平衡电位之和

E.钙平衡电位★53细胞的基本功能品课

细胞膜在静息情况下，对下列哪种离子通透性最大?A．K+

B．Na+

C.Cl-

D．Ca2+

E.Mg2+★54细胞的基本功能品课静息电位的实测值小于钾平衡电位的理论值，是由于静息时膜对

A．Na+有小量的通透性

B．Ca2+有小量的通透性

C．Mg2+有小量的通透性

D．Cl-有小量的通透性

E．带负电荷的蛋白质有小量的通透性★55细胞的基本功能品课当达到K+平衡电位时A．细胞膜两侧K+浓度梯度为零B.细胞膜外K+浓度大于膜内C.细胞膜两侧电位梯度为零D．细胞膜内电位较膜外电位相对较正E．细胞膜内侧K+的净外流为零★56细胞的基本功能品课神经细胞动作电位的主要组成是

A.阈电位

B.锋电位