《动作电位》PPT课件.ppt

1、第三章 动作电位,1.动作电位产生的离子机制 2.离子电流的分离方法 3.离子电导和Hodgkin-Huxley模型,3.1 动作电位产生的离子机制,* 概 念 * 电紧张电位：当用直流电刺激神经时, 在阴极和阳 极处膜电位变化。 超极化：阳极膜电位升高。 去极化：阴极膜电位降低。 局部电位：若刺激电流增强, 只在阴极处产生一个 可衰减的电位变化。 动作电位：如果刺激电流增强达到阈值时, 在阴极 产生一个不衰减的“全或无”式的沿神经纤维传导 的神经冲动时。,3.1 动作电位产生的离子机制,一.离子学说及其实验证据 Bernstein的膜学说认为动作电位应等于静息电位 的绝对值。后发现它不能解释

2、动作电位的超射现象。用 毛细管微电极测量枪乌贼大神经纤维兴奋时电位变化发 现动作电位大于膜静息电位。当改变细胞外Na+浓度时动 作电位的时程和大小均发生变化（如图）： Na+ 浓度稍减,动作电位上升缓慢，超射减少传导速度变 慢(图A曲线2)； 减少50%，超射几乎减少一半，上升相更慢(图B曲线2)； 减少33%，超射几乎完全消失(图A曲线3)。,3.1 动作电位产生的离子机制,1950-1952年Hodgkin，Huxley和Katz提出著名的钠学说， 即离子学说。认为膜静息时：PKPNa，PKPCl； 膜兴奋时： PNaPK，PNaPCl，此时 RT Na+o ENa=ln =+53mV 与

3、实验测得的+55mV超射相近 F Na+i 钠学说得到各方面实验证实。每次动作电位期间Na+内流量与K+外 流量大致相等，关键是两种离子在动作电位期间流动的时相不同。,一.离子学说及其实验证据,1. 静息时细胞膜内外存在各种离子的浓度差,而膜对这些 离子的通透性不同,所以维持-70mV的静息电位； 2. 膜受到电刺激时产生去极化,膜对Na+、K+通透性发生变 化。首先Na+通透性增大，加速膜去极化，发生超射，构成动作 电位上升相； 3. 接着Na+通道失活,而K+通道活化，K+外流，构成动作电位 的下降相。由于钾电导的变化没有失活现象，只是在膜电位的 恢复过程中逐渐降低，延时较长，产生正后电位

4、； 4. 依靠膜上纳泵完成排Na+摄K+，维持膜内外离子浓度差， 恢复静息水平。,3.1 动作电位产生的离子机制,二.动作电位产生的离子机制,3.2 离子电流的分离方法,1. 电压钳原理 2. 分离方法,药理学方法,离子置换法,逆向电位法,阻断钠通道活化的药物,阻遏钠通道失活化的药物,激活钠通道的药物,阻遏钾通道的药物,3.2.1 电压钳原理,在测量快速兴奋过程中离子电流的变化和分离单个离子电流时，常采用电压钳技术。 根据简化电缆模型：一小片膜的等效电路（32）,因为Im=Iion +IC 令IC=0 得Im=Iion此即电压钳技术的原理。 固定膜电位不变，膜电容电流为零，则总电流等于离子电流

5、(33)。,3.2.1 电压钳原理,在枪乌贼大纤维内纵向插入两根细铂丝，一根记录电压E，另一根记录电流I。记录膜电位E与调定电压差值经放大进入快速电压-电流转换器(FBA), 加入反馈电流I, 直至膜电位与调定电压相等为止, 维持膜电压不变。 当一个神经冲动到达时，出现膜离子电流，为了维持膜电位不变，就必须输入一个与膜离子电流大小相等，方向相反的补偿电流,记录下这个补偿电流就是膜电流的镜像。,*1.离子置换法*,如图：膜去极化56mV，A为正常海水中记录总离子电流，B为用氯化胆碱溶液代替NaCl后IK，C为A减B后得到的INa，这里就是利用了离子独立的原则。,*2.逆向电位法*,在电压钳实验中

6、不断改变Vm ， Na+的变化：当 VmENa，外向INa。 右图为Hodgkin等1952年的实验结果。另外，也可直接将膜电位调到某一离子的平衡电位， 这样可消除该离子的影响，测得一电流，用总电流减去测得电流，即该离子电流。,阻断钠通道活化的药物,石房蚶(蛤)毒素(STX): 来源于旋沟藻,专一性阻断钠通道,能阻断对TTX不敏感的钠通道。 河豚毒素(TTX): 专一性地阻断钠通道，作用可逆。（见图：TTX对枪乌贼轴突离子电流的影响）,阻遏钠通道失活化的药物,海葵毒素：其作用是使动作电位下降相延长，形成平台。它不影响钠、钾通道的开放，只是使已开放的钠通道不能立即关闭，继续开放，Na+大量内进，

7、超射的下降相变慢，形成平台。 蝎毒素：其作用与海葵毒素相似。,激活钠通道的药物,箭毒的作用：静息时增加轴突膜对Na+的通 透性, 不影响动作电位钠通道的活化。,阻遏钾通道的药物,四乙二胺(TEA) 4-氨基吡啶(4-AP),一.离子电导 二.钾 电 导 三.钠电导 四.Hodgkin-Huxley模型,3.3 离子电导和Hodgkin-Huxley模型,一.离子电导,分出离子电流后将测定离子通透性或通道开放的 数目。Hodgkin和Huxley使枪乌贼大纤维长时间去 极化，使一些离子通道开放，然后让电压突升到第 二数值，这个时间很短，新通道来不及打开，已开 放的通道来不及关闭，在膜通透性不变时

8、测量电压 -电流关系。第一次测钠通道开放，第二次测钾通 道开放。,此时离子电导为：gNa=INa/(E-ENa) g K=IK/(E-EK) 此为弦电导，适于线性关系；而 G=I/E 为斜率电 导（不论电压与电流呈什么关系均成立）。,钾离子电导gK是时间t和膜电位Vm的函数: gK=(t,Vm) 在动作电位期间，实验结果得到gK(t)曲线，在一定Vm下，去极化时gK(t)沿S型曲线上升; 在复极 化时gK(t)呈指数曲线下降。 Hodgkin等作了一系列假定后用一组方程式来拟合这条实验曲线： dn gK = Kn4 = n(1-n)-nn dt,二.钾 电 导,三.钠电导,钠离子电导在膜静息状

9、态时近似等于零，在动作电位期间钠通道有一个快速的激活和慢速的失活化过程，用药物TTX和ATX可证实这是两个独立的过程。 为了能用数学方程式描述上述变化过程，Hodgkin和Huxley用两个参数m和h分别描述钠电导的增加和减少过程，根据实验曲线得到拟合方程为：,dm dh gNa=Nam3h =m(1 m) mm = h(1h)hh dt dt,根据每种离子电导方程, 在大纤维和电压钳位条件下每种离子的电流方程为: INa =gNa(VENa) gNa = Nam3h IK = gK(V EK) gK = Kn4 IL = gL(V EL) 根据膜的电缆模型等效电路, 膜总电流为: Im = INa+IK+IL+IC =Nam3h (VENa)+Kn4(V EK)+gL(V EL)+Cm,四.Hodgkin-Huxley模型,E,t,Hodgkin假设电缆性质在