《细胞电生理》PPT课件

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1、细胞电生理学细胞电生理学n生物电信号的产生和传播都是在细胞膜两侧进行的，所生物电信号的产生和传播都是在细胞膜两侧进行的，所以要了解细胞电活动的机制和各种体表电图的产生原理，以要了解细胞电活动的机制和各种体表电图的产生原理，首先需要了解跨膜电位的特性及其产生机制。首先需要了解跨膜电位的特性及其产生机制。n细胞的跨膜电位基本上有两种形式，即安静状态下相对细胞的跨膜电位基本上有两种形式，即安静状态下相对稳定的稳定的静息电位静息电位和受到刺激时发生的可远距离传播的、和受到刺激时发生的可远距离传播的、迅速波动的迅速波动的动作电位动作电位。n极化：生理学中细胞在静息状态下，极化：生理学中细胞在静息状态下，

2、膜外为正电位，膜内为负电位的状膜外为正电位，膜内为负电位的状态。态。n去极化：静息电位减小的过程或状去极化：静息电位减小的过程或状态称为。态称为。n超极化：静息电位增大的过程或状超极化：静息电位增大的过程或状态称为。态称为。n复极化：细胞膜去极化后再向静息复极化：细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程。电位方向恢复的过程。n反极化：去极化至零电位后膜电位反极化：去极化至零电位后膜电位进一步变为正值。膜电位高于零电进一步变为正值。膜电位高于零电位的部分称为超射。位的部分称为超射。离子跨膜扩散的条件：离子跨膜扩散的条件：n一是钠泵的活动形成了膜内一是钠泵的活动形成了膜内外离子的浓度差细胞外。外离

3、子的浓度差细胞外。Na+浓度是细胞内的浓度是细胞内的10倍左右，而倍左右，而细胞内的细胞内的K+浓度相当于细胞外液浓度相当于细胞外液的的30倍左右；倍左右；n二是膜对不同离子具有不同二是膜对不同离子具有不同的通透性。的通透性。通透性的大小决定了该离子跨膜通透性的大小决定了该离子跨膜扩散对静息电位的作用大小。扩散对静息电位的作用大小。离子跨膜扩散的平衡电位离子跨膜扩散的平衡电位n某种离子跨膜扩散时，受到来自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，浓度差和电位差的双重驱动力，两驱动力的代数和称为电化学驱两驱动力的代数和称为电化学驱动力。动力。n平衡电位：平衡电位：即某离子电位差驱动

4、即某离子电位差驱动力等于浓度差驱动力时的跨膜电力等于浓度差驱动力时的跨膜电位差，此时没有离子的跨膜净移位差，此时没有离子的跨膜净移动。动。n10mv 660离子离子 1mol 6.021023nNa+145 mmol K+155mmoliKOKKKPKPlnZFRTE 静息电位静息电位一、静息电位的记录一、静息电位的记录n静息时，细胞膜两侧存在着静息时，细胞膜两侧存在着外正内负的电位差，称为静外正内负的电位差，称为静息电位。息电位。这一电位差仅存在这一电位差仅存在于膜的内外表面之间。于膜的内外表面之间。n记录细胞跨膜电位时，置于记录细胞跨膜电位时，置于细胞外的电极是接地的，因细胞外的电极是接地

5、的，因此记录到的电位是以细胞外此记录到的电位是以细胞外为零电位的膜内电位，范围为零电位的膜内电位，范围在在-10-100mV之间。之间。二、静息电位的形成机制二、静息电位的形成机制n神经细胞静息时的膜电位神经细胞静息时的膜电位Em为为-70mv，ENa和和EK分别为分别为+60mv和和-90mv。对对Na+的驱动力为：的驱动力为：Em-ENa=-70mv-(+60mv)=-130mv 对对K+的驱动力则为：的驱动力则为：Em-EK=-70mv-(-90mv)=+20mvn神经和骨骼肌的静息电位都在神经和骨骼肌的静息电位都在-70-90mv，总是不同程度地小于，总是不同程度地小于K+平衡电平衡电

6、位，这是因为膜对位，这是因为膜对Na+也有一定的通透也有一定的通透性，扩散内流的性，扩散内流的Na+可以部分抵消由可以部分抵消由K+外流所形成的膜内负电位。外流所形成的膜内负电位。三、钠泵的生电作用三、钠泵的生电作用n通过钠泵活动，既可以建立和通过钠泵活动，既可以建立和维持膜两侧的离子浓度差，又维持膜两侧的离子浓度差，又可直接影响静息电位。可直接影响静息电位。n钠泵每分解一分子的钠泵每分解一分子的ATP，可，可使使3个个Na+排出细胞外和排出细胞外和2个个K+进入细胞内，结果使膜内电位进入细胞内，结果使膜内电位的负值增大，但这种生电作用的负值增大，但这种生电作用对静息电位的影响不是很大，对静息

7、电位的影响不是很大，并因细胞的种类和状态而有所并因细胞的种类和状态而有所差异。差异。动作电位动作电位一、细胞的动作电位一、细胞的动作电位n在静息电位的基础上，给在静息电位的基础上，给细胞一个合适的刺激，能细胞一个合适的刺激，能使其产生可传播的膜电位使其产生可传播的膜电位波动，称为动作电位。不波动，称为动作电位。不同细胞的动作电位具有不同细胞的动作电位具有不同的形态。同的形态。n阈电位、锋电位、负后阈电位、锋电位、负后电位（后去极化）、正电位（后去极化）、正后电位（后超极化）后电位（后超极化）n局部电位局部电位n绝对不应期、超常期、绝对不应期、超常期、低常期低常期 动作电位有两个重要的特征，即动

8、作电位有两个重要的特征，即“全或无全或无”特性特性和和可传播性可传播性。n刺激引发动作电位需要一定的强度。能引发动作电位的最小刺激刺激引发动作电位需要一定的强度。能引发动作电位的最小刺激强度，称为刺激的阈值。刺激强度未达到阈值，动作电位不会发强度，称为刺激的阈值。刺激强度未达到阈值，动作电位不会发生；刺激强度达到阈值后，可触发动作电位，而且其幅度达到该生；刺激强度达到阈值后，可触发动作电位，而且其幅度达到该细胞动作电位的最大值，再不会因刺激强度的逐渐增加而随之增细胞动作电位的最大值，再不会因刺激强度的逐渐增加而随之增大，这一现象就是动作电位的大，这一现象就是动作电位的“全或无全或无”特性。特性

9、。n动作电位产生后，并不局限于受刺激部位，而是沿细胞膜迅速向动作电位产生后，并不局限于受刺激部位，而是沿细胞膜迅速向周围传播，直至整个细胞都依次产生一次动作电位，这就是动作周围传播，直至整个细胞都依次产生一次动作电位，这就是动作电位的可传播性；并且动作电位在同一个细胞上的传播是不衰减电位的可传播性；并且动作电位在同一个细胞上的传播是不衰减的，其幅度和波形始终不变。的，其幅度和波形始终不变。二、动作电位的产生机制二、动作电位的产生机制n神经细胞静息时的膜电位神经细胞静息时的膜电位Em为为-70mv，ENa和和EK分别为分别为+60mv和和-90mv。对对Na+的驱动力为：的驱动力为：Em-ENa

10、=-70mv-(+60mv)=-130mv 对对K+的驱动力则为：的驱动力则为：Em-EK=-70mv-(-90mv)=+20mvn当膜电位去极化至当膜电位去极化至+30mv的锋电位水平的锋电位水平时。时。对对Na+的驱动力为：的驱动力为：Em-ENa=+30mv-(+60mv)=-30mv 对对K+的驱动力则为：的驱动力则为：Em-EK=+30mv-(-90mv)=+120mv（一）动作电位时膜对离子的电（一）动作电位时膜对离子的电-化学驱动力变化化学驱动力变化n在动作电位期间，尽管离子发在动作电位期间，尽管离子发生跨膜流动，但离子的平衡电生跨膜流动，但离子的平衡电位不会有明显变化。驱动力的

11、位不会有明显变化。驱动力的改变主要是由膜电位变化而引改变主要是由膜电位变化而引起的。起的。n10mv 660离子离子 1mol 6.021023nNa+145 mmol K+155mmol（二）动作电位期间膜电导的变化（二）动作电位期间膜电导的变化n在动作电位期间，各在动作电位期间，各种离子的电化学驱动种离子的电化学驱动力不是恒定的，而是力不是恒定的，而是随着膜电位的变化而随着膜电位的变化而改变。改变。（三）动作电位的传播（三）动作电位的传播n细胞膜产生的动作电位可细胞膜产生的动作电位可沿细胞膜不衰减地传播至沿细胞膜不衰减地传播至整个细胞。整个细胞。n动作电位通过局部电流沿动作电位通过局部电流

12、沿细胞膜传导。细胞膜传导。n在有髓鞘神经纤维以跳跃在有髓鞘神经纤维以跳跃式传导进行传播。式传导进行传播。局部电位局部电位n体内另一类重要的电信号。膜的主动反应参与局部电位的体内另一类重要的电信号。膜的主动反应参与局部电位的形成。包括终板电位、突触后电位、慢波电位、发生器电形成。包括终板电位、突触后电位、慢波电位、发生器电位。位。局部电位的特征：局部电位的特征：n幅度大小呈等级性，局部电位的幅度可随刺激强度增大而幅度大小呈等级性，局部电位的幅度可随刺激强度增大而增大，没有全或无特性。增大，没有全或无特性。n传导呈衰减式，从发生局部电位的起点开始，随着传播距传导呈衰减式，从发生局部电位的起点开始，随着传播距离的增大，局部电位的幅度以距离的指数函数下降。离的增大，局部电位的幅度以距离的指数函数下降。n反应可以发生总和，局部反应没有不应期，可以发生时间反应可以发生总和，局部反应没有不应期，可以发生时间总和和空间总和。总和和空间总和。