第三节 细胞生物电.ppt

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1、2020 4 22 1 概述问题1问题2一 静息电位二 动作电位三 电紧张电位和局部电位 第三节细胞的电活动 2020 4 22 2 问题1 1 何谓极化状态 去极化 超极化 复极化 2 静息电位的产生机制 3 影响静息电位大小的因素 4 静息电位产生的离子机制是什么 如何证明 2020 4 22 3 细胞生物电 细胞生命活动中伴有的电现象 由带电离子跨细胞膜流动 而产生跨膜电位 简称膜电位 两种膜电位 静息电位 全部细胞动作电位 神经 肌肉 腺细胞临床上 心电图 肌电图 脑电图的原理 是以细胞水平的生物电现象为基础 概述 2020 4 22 4 一 静息电位 一 静息电位的测定和概念 二 静

2、息电位的产生机制平衡电位 概念平衡电位的计算 Nernst公式静息电位的产生机制影响静息电位形成的因素 2020 4 22 5 静息电位概念 1 静息电位 restingpotential RP 概念 指静息时 存在于细胞膜两侧的 内负外正而且相对稳定的电位差 2 特点 1 绝大多数细胞的RP是稳定的 2 绝大多数细胞的RP为负值 10 100mV 骨骼肌 90mV 神经细胞 70mV平滑肌 55mV 红细胞 10mV 2020 4 22 6 极化 RP时内负外正去极化 RP负值减小复极化 去极化后向RP恢复 3 相关术语 超极化 RP负值增大超射 高于零电位的部分 去极化 复极化 超极化 超

3、射 2020 4 22 7 电化学驱动力 浓度势能和电位势能之和平衡电位 电化学驱动力为零时 离子无跨膜净移动的跨膜电位 平衡电位概念 电化学驱动力 浓度势能驱动力 电位势能阻力 K A 20mV 40mV 60mV 70mV 细胞内155细胞外4 5mM 浓度势能 电位势能 2020 4 22 8 2 平衡电位计算 Nernst方程式 得出 多数细胞EK为 90 100mV多数细胞ENa为 50 70mV 2020 4 22 9 K 蛋白质 图2 22 背景Na 电流减小静息电位RP Ek 磷酸盐 Na 蛋白质与K 隔膜相吸形成静息电位 155 4 5mmol L 3 RP产生机制 2020

4、 4 22 10 静息电位产生机制 1 细胞内外离子分布不均匀 胞内K 蛋白质多 胞外Na 等多 2 静息时细胞膜只对K 通透性大 3 K 外流 而带负电的蛋白质不能外流 形成隔膜相吸的极化状态 4 RP数值相当于K 平衡电位Ek 5 背景Na 内流使RP略 Ek 外正内负原理三 一不均 二选择 三是外钾内蛋白 记忆口诀 2020 4 22 11 影响静息电位 RP 形成的因素 1 细胞膜内外K 浓度差 细胞外 K o越高 膜内外K 浓度差越小 RP越小 2 膜对K 和Na 的通透性 K 的通透性越高 RP越大 Na 的通透性越高 RP越小 3 Na K 泵活动 3Na 出 2K 入 使膜电位

5、超极化 而影响RP 2020 4 22 12 问题2 1 何谓动作电位 动作电位的特点 2 神经纤维动作电位的产生机制 去极化期 复极化期 恢复期 3 神经纤维动作电位的传导机制 4 细胞兴奋后兴奋性的周期变化 不应期定义及意义 5 局部电位与动作电位的区别要点 2020 4 22 13 一 动作电位的概念与特点 二 动作电位的产生机制 三 动作电位的触发 四 动作电位的传播 五 兴奋性及其变化 三 动作电位及其产生机制 2020 4 22 14 一 动作电位的概念及其特点 1 动作电位 actionpotential AP 概念 指细胞在静息电位基础上 接受有效刺激后产生的一次迅速的 可向远

6、处传播的膜电位波动 2 动作电位过程 2020 4 22 15 去极化相 70mV 30mV复极化相 30mV 55mV恢复期 55mV 70mV 分三期 1 去极化相 2 复极化相 3 恢复期 2 动作电位过程 2020 4 22 16 1 峰电位 由动作电位的升支 降支组成的 尖峰状电位波动 红 黄线 2 后电位 峰电位之后的低幅 缓慢膜电位波动 紫红线 3 动作电位的相关概念 峰电位 后电位 2020 4 22 17 1 全或无 性质 all or none 幅度和波形不变 概念 阈下刺激不能引起动作电位 无 阈刺激和阈上刺激引起动作电位 其幅度不因刺激强度增大而增大 全 2 不衰减性传

7、导 也不因传播距离延长而减小 3 脉冲式释放 连续的多个动作电位不会相互融合 而呈现一个个分离的脉冲式发放 4 动作电位特点 2mV阈下 5mV阈 10mV阈上 无 全 0 m 5 10 15 分离的脉冲式 相互融合 不衰减性传导 2222V 22V 2020 4 22 18 去极化相 复极化相 恢复相 70 55 30 红Na 内流 动作电位产生的离子机制 记忆口诀 钠进 钾出 泵还原 70 55 60 30 30 0 证据 去极化时期 Na 内流的证据 证据 ENa非常接近动作电位峰值 同位素24Na 定量研究 每次动作电位流入细胞内的Na 约21000个 m2 电压钳实验 阈刺激 迅速增

8、加的Na 电导 Na 内向电流 膜迅速去极化 动作电位期间Na 内流的原因 1 电化学驱动力 动作电位开始时 膜电位Em 70mVNa 驱动力 Em ENa 70 60 130mV 内向驱动力 K 驱动力 Em EK 70 90 20mV 外向驱动力 130 20 所以 开始时Na 内流2 细胞膜对离子通透性GNa激活早 是动作电位上升支基础 膜电导 G G 1 Rm 代表膜对离子通透性大小 2020 4 22 21 去极化相 复极化相 恢复相 70 55 30 Na 内流 30 55 K 外流 动作电位产生的离子机制 记忆口诀 钠进 钾出 泵还原 30 55 30 证据 动作电位期间K 外流

9、的原因 1 电化学驱动力 复极化开始时 膜电位Em 30mVNa 驱动力 Em ENa 30 60 30mV 内向驱动力 K 驱动力 Em EK 30 90 120mV 外向驱动力 120 30 所以 复极化时K 外流2 细胞膜对离子通透性GK激活晚 是动作电位下降支基础 膜电导 G G 1 Rm 代表膜对离子通透性大小 2020 4 22 23 去极化相 复极化相 恢复相 70 55 30 Na 内流 30 55 K 外流 动作电位产生的离子机制 55 75 70 记忆口诀 钠进 钾出 泵还原 55 75 70 Na 145mmol LK K 155mmol L 动作电位产生机制总结 动作电

10、位分三期去极化期 有效刺激下 钠通道开放 Na 内流致膜电位去极化 复极化期 钾通道开放 K 外流致膜电位复极化 恢复期 Na K泵将Na K 分布还原 膜电位恢复静息电位 动作电位幅度取决于去极化期Na 内流的幅度 动作电位幅度 Na 平衡电位ENa 记忆口诀 钠进 钾出 泵还原 2020 4 22 25 三 动作电位的触发 1 阈刺激与阈强度 阈强度 阈值 能使细胞产生动作电位的最小刺激强度 阈强度大小可衡量组织兴奋性的高低阈强度小则兴奋性高 反之兴奋性低阈刺激 强度大小 阈强度的刺激2 阈电位阈电位 能触发动作电位的临界膜电位值称为 其数值通常比静息电位的绝对值小10 20mV 2020

11、 4 22 26 1 动作电位在同一细胞上的传播2 动作电位在细胞间的传播 四 动作电位的传播 2020 4 22 27 1 动作电位在同一细胞上的传播 局部电流 传导 动作电位沿细胞膜传播兴奋传导的机制 局部电流兴奋传导的特征 双向不衰减 动作电位幅度 Na 平衡电位ENa 60 log Na 外 Na 内 有髓神经与无髓神经兴奋传导 局部电流 2020 4 22 28 有髓神经纤维兴奋传导 跳跃式传导 郎飞结 无髓神经纤维兴奋传导 局部电流 传导方向 反极化 极化RP 有髓AP传播速度快于无髓速度 2020 4 22 29 2 动作电位在细胞间传导 缝隙连接 缝隙连接 将相邻细胞间形成对接

12、的亲水性孔道蛋白 特征 通常开放 允许水和离子通过 并形成低电阻区 2020 4 22 30 1 兴奋性 机体的组织或细胞接受刺激后 产生反应 动作电位 的能力或特性 可兴奋细胞 适当刺激能产生动作电位的细胞包括 神经细胞 肌细胞 腺细胞这些细胞共同反应是 产生动作电位 所以 兴奋 动作电位 2 细胞兴奋后兴奋性的周期变化 五 兴奋性及其变化 2 细胞兴奋后兴奋性的周期变化 锋电位 负后电位 正后电位 70 30 55 55 70 70 75 70 2020 4 22 32 绝对不应期的概念 细胞兴奋发生后的最初一段时间内 无论施加多强的刺激也不能使细胞再次兴奋 这段时间称为 1 不应期存在的

13、原因 失活的Na通道必须先复活到静息备用态 才能被第二次刺激再次激活 2 意义 动作电位不能叠加 不应期的意义 5mV Na通道 激活态 失活态 备用态 可激活 复活 2020 4 22 33 二 电紧张电位的概念及其特点 自学 电紧张电位的概念 由膜的被动电学特性决定其空间分布和时间分布的膜电位称为 电紧张电位的特征 2020 4 22 34 电紧张电位的特点 特征 1 等级性电位 电位幅度 刺激强度 无 全或无 特性 2 衰减性传导 距离 幅度 3 无不应期 多个电紧张电位可以总和 5mV 10mV 5 10 20 mm 总和 5mV 5mV 5mV 5mV 2020 4 22 35 三

14、局部电位的概念及特点 自学 局部电位的概念 细胞受到阈下刺激时 细胞膜产生局部去极化的电位变化 而不能向远处扩布 局部电位的特点 2020 4 22 36 局部电位的特点 特征 1 等级性电位 电位幅度 刺激强度 无 全或无 特性 2 衰减性传导 距离 幅度 3 无不应期 多个局部电位可以总和 5mV 10mV 5 10 20 mm 总和 5mV 5mV 5mV 5mV 2020 4 22 37 局部电位与AP的区别 局部电位动作电位阈下刺激引起阈 上 刺激引起钠通道少量开放钠通道大量开放反应 强度 全或无 有总和效应无总和效应衰减性传播非衰减性传播无不应期有不应期 2020 4 22 38

15、本章考核要点 一 名词解释静息电位 动作电位 阈电位 阈强度 阈值 局部电位 绝对不应期二 问答题1 简述神经细胞静息电位形成的机制 2 简述神经细胞动作电位产生的机制 3 比较局部反应与动作电位 4 细胞膜上钠泵活动有何生理意义 5 细胞产生一次兴奋后其兴奋性的变化及机制 2020 4 22 39 1 对局部电位叙述错误的是 A 电位大小与刺激强度无关B 有总和现象C 电位随刺激强度增加而增大D 有紧张扩布2 以下对动作电位叙述错误的是 A 遵守全和无定律B 非衰减性扩布C 在神经纤维上呈双向传导D 可以总和3 降低膜外Na 浓度时 发生的变化是 A 静息电位增大 锋电位幅度不变B 静息电位

16、增大 锋电位幅度增高C 静息电位不变 锋电位幅度增高D 静息电位不变 锋电位幅度下降 2020 4 22 40 4 去极化Na 内流时 Na 的转运是通过 A 单纯扩散B 通道介导易化扩散C Na K 泵D 载体介导易化扩散5 动作电位时相处于正后电位时 此时膜电位所处时相是 A 去极化B 倒极化C 复极化D 超极化6 静息时细胞内外正常Na 和K 浓度差的维持是由于细胞膜 A ATP的作用B 钠 钾泵的作用C Na K 易化扩散D 安静时对K 的通透性大 2020 4 22 41 7 判断组织兴奋性高低的简便指标是 A 阈强度 阈值 B 阈电位C 刺激的最短时间D 刺激的频率8 神经纤维兴奋的产生和传导的标志是 A 极化状态B 局部去极化电位C 锋电位D 阈电位水平下移9 神经纤维一次兴奋后 在兴奋性周期变化中兴奋性最高的时相是 A 绝对不应期B 相对不应期C 超常期D 低常期10 蛙的脊髓神经纤维动作电位持续时间为2ms 理论上每秒钟内所能产生和传导的动作电位数量不可能超过 A 200次B 300次C 400次D 500次