1、第三節(jié)細(xì)胞的生物電變化 靜息電位的產(chǎn)生及機(jī)制; 動(dòng)作電位的產(chǎn)生及機(jī)制;第三節(jié)細(xì)胞的生物電變化一.靜息電位(Resting potential)靜息電位的引導(dǎo)方法；靜息電位的概念；相關(guān)術(shù)語；靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制；影響靜息電位的因素。一.靜息電位(Resting potential)靜息電位的1.靜息電位的引導(dǎo)方法intracellular potential recording1.靜息電位的引導(dǎo)方法intracellular potenMeasurement of the resting potential 1939, AL HodgKin and AF Huxley, two famous ph

2、ysiologists at University of Cambridge in England Winners of the Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963Measurement of the resting potChapt2細(xì)胞的基本功能課件2Intracellular potential recordingIntracellular potential recordChapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chap

3、t2細(xì)胞的基本功能課件22.靜息電位的概念定義（RP）：是指細(xì)胞未受刺激時(shí)存在于細(xì)胞膜內(nèi)、外兩側(cè)的電位差。特點(diǎn)： a：RP表現(xiàn)為膜內(nèi)較膜外為負(fù)，即內(nèi)負(fù)外正。 b：RP在大多數(shù)細(xì)胞是一種穩(wěn)定的直流電位。2.靜息電位的概念定義（RP）：是指細(xì)胞未受刺激時(shí)存在于細(xì)胞3.相關(guān)術(shù)語（）極化（polarization)：靜息時(shí)，膜兩側(cè)的內(nèi) 負(fù)外正狀態(tài)。（2）超極化（hyperpolarization）：膜內(nèi)電位向負(fù) 值變大的方向變化。（3）去極化（depolarization）：膜內(nèi)電位向負(fù)值減小的方向變化。（4）復(fù)極化（repolarization）：由去極化或超極化 向RP值恢復(fù)。3.相關(guān)術(shù)語（）極化

4、（polarization)：靜息時(shí)，Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件24.靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制:1902年，Bernstein提出膜學(xué)說（1）細(xì)胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均；（2）細(xì)胞膜對離子的通透性不一樣；（3）離子的通透性會(huì)發(fā)生改變。 推測：靜息時(shí)，細(xì)胞膜對K+通透，對Na+不通透，K+外流形成K+平衡電位（ K+equilibrium potential， EK）。靜息電位就等于K+平衡電位Julius Bernstein 1839-19174.靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制:1902年，Bernstein提出膜（）化學(xué)現(xiàn)象 要在膜兩側(cè)形

5、成電位差，必須具備兩個(gè)條件：膜兩側(cè)的離子分布不均，存在濃度差； 對離子有選擇性通透的膜。 膜兩側(cè)K+差是促使K+擴(kuò)散的動(dòng)力，但隨著K+的不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴(kuò)散的阻力，當(dāng)動(dòng)力和阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，K+的凈擴(kuò)散通量為零膜兩側(cè)的平衡電位。通透膜 選擇性通透膜 （）化學(xué)現(xiàn)象 要在膜兩側(cè)形成電位差，必須具備兩個(gè)條件（）靜息電位的產(chǎn)生條件靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)、外離子分布不均 Na+iNa+o110 K+iK+o301 Cl-iCl-o114 A-iA-o 41靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對離子的通透性具有選擇性通透性：K+ Cl- Na+ A- （）靜息電位的產(chǎn)生條件靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)、外離子分

6、布不均 靜息時(shí)膜內(nèi)外各離子的濃度離子膜內(nèi)濃度膜外濃度平衡電位 （mmol/L） （mmol/L） (mV)K+ 400 20 -75Na+ 50 440 +55Cl- 52 560 -60A- 385 - -靜息時(shí)膜內(nèi)外各離子的濃度離子膜內(nèi)濃度膜外濃度平衡電位（）RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說: 靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均；細(xì)胞膜對離子的通透具有選擇性:K+Cl-Na+A- Ki順濃度差向膜外擴(kuò)散 A-i不能向膜外擴(kuò)散K+i、A-i膜內(nèi)電位(負(fù)電場) K+o膜外電位(正電場)膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)當(dāng)擴(kuò)散動(dòng)力與阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)=RP結(jié)論:RP的產(chǎn)生主要是K向膜外擴(kuò)散的結(jié)果。 RP=K+的平衡

7、電位（）RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說: Ki順濃度差向膜外膜在安靜狀態(tài)下，K+能以易化擴(kuò)散的形式移向膜外：1) K+外移動(dòng)力： 濃度差。 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：膜在安靜狀態(tài)下只對K+有通透性2)K+外移阻力：移到膜外的K+所造成的外正內(nèi)負(fù)的電場力3)當(dāng)K+外移的動(dòng)力與阻力相等時(shí)，膜內(nèi)外不再有K+的凈移動(dòng)，而此時(shí)膜兩側(cè)的電位差穩(wěn)定在某一數(shù)值，稱為K+平衡電位（Ek）。也就是RP。4) K+平衡電位的數(shù)值，由膜兩側(cè)原初存在的K+濃度差的大小決定的膜在安靜狀態(tài)下，K+能以易化擴(kuò)散的形式移向膜外：Nernst Equation :K+ Concentration gradient Ko/Ki Electrical gra

8、dient (potential)for K+ at 29.2C, the Nernst Equation become: Electrochemical driving force60Nernst Equation :K+ ConcentratMembrane potential and equilibrium potential of different ionsMembrane potential and equilib 5.影響RP的因素 （1）細(xì)胞外K+濃度， （2）細(xì)胞膜對Na+、K+的通透性； （3）鈉-鉀泵的作用。 5.影響RP的因素二、動(dòng)作電位(Action potentia

9、l)動(dòng)作電位的模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)作電位的概念動(dòng)作電位的特點(diǎn)動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制動(dòng)作電位的引起和傳導(dǎo)二、動(dòng)作電位(Action potential)動(dòng)作電位的模1.1.1、定義：2、組成： 去極相：去極化超射鋒電位復(fù)極相：復(fù)極化初期后電位：負(fù)后電位正后電位AP是膜兩側(cè)電位在RP基礎(chǔ)上發(fā)生的一次可擴(kuò)布的快速而可逆的倒轉(zhuǎn)，是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。2.動(dòng)作電位的概念2.動(dòng)作電位的概念 動(dòng)作電位的圖形 動(dòng)作電位的圖形鋒電位(Spike potential)AP的主要成分和標(biāo)志超射：膜電位高于零的部分鋒電位(Spike potential)AP的主要成分和標(biāo)志后電位（after-potential）后電位（after-p

10、otential）“全或無”（all or none)現(xiàn)象；不衰減傳導(dǎo)；瞬時(shí)性；極化反轉(zhuǎn)。3.動(dòng)作電位的特點(diǎn)意義： AP的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志“全或無”（all or none)現(xiàn)象；3.動(dòng)作電位的特點(diǎn)4.動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制推測：細(xì)胞受到刺激時(shí)，細(xì)胞膜對Na+的通透性增加， Na+內(nèi)流。間接證據(jù)：等張葡萄糖代替NaCl；直接證據(jù)：實(shí)驗(yàn)（作為了解） （1）電壓鉗技術(shù)(voltage clamp)； （2）膜片鉗技術(shù)(patch clamp)。4.動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制推測：細(xì)胞受到刺激時(shí)，細(xì)胞膜對Na+的膜片鉗技術(shù)消化細(xì)胞；拉制電極；鉗制細(xì)胞；記錄電流。膜片鉗技術(shù)消化細(xì)胞；心室肌細(xì)胞心室肌細(xì)胞Cha

11、pt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2AP產(chǎn)生機(jī)制（1）鋒電位 上升支：去極相由Na+內(nèi)流形成，是Na+的平衡電位有效刺激部分Na+通道開放少量Na+內(nèi)流膜去極化達(dá)到閾電位大量Na+通道開放大量Na+內(nèi)流膜內(nèi)負(fù)電位消失，出現(xiàn)正電位。 下降支：復(fù)極相Na+通道失活K+通透性升高 Na+內(nèi)流停止，K+外流膜內(nèi)電位由正向負(fù)值變化靜息電位。AP產(chǎn)生機(jī)制Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2DepolarizationDepolarizationRepolarizationRepolarizat

12、ion（2）后電位： 負(fù)后電位：快速K+外流堆積，復(fù)極化減慢； 正后電位：鈉泵活動(dòng)。注：興奮后的靜息期：鈉泵活動(dòng)增強(qiáng)，使興奮前原有的離子分布狀態(tài)得以恢復(fù)。（2）后電位：AP產(chǎn)生機(jī)制AP產(chǎn)生機(jī)制當(dāng)細(xì)胞受到刺激細(xì)胞膜上少量Na+通道激活而開放Na+順濃度差少量內(nèi)流膜內(nèi)外電位差局部電位當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)Na通道大量開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引再生式內(nèi)流 Na+i、K+O激活Na+K+泵AP的產(chǎn)生機(jī)制:膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支）Na+通道關(guān)Na+內(nèi)流停+同時(shí)K+通道激活而開放K順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引K迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到RP水平（AP下降支）Na+泵出

13、、K+泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平后電位當(dāng)細(xì)胞受到刺激細(xì)胞膜上少量Na+通道激活而開放Na+順濃度差結(jié)論：AP的上升支由Na內(nèi)流形成，下降支是K外流形成的，后電位是NaK 泵活動(dòng)引起的。 AP的產(chǎn)生是不消耗能量的，AP的恢復(fù)是消耗能量的（NaK泵的活動(dòng)）。 AP幅值=RP值+超射值=EK+ENa 證明：Nernst公式的計(jì)算: AP達(dá)到的超射值（正電位值）相當(dāng)于計(jì)算所得的Na的平衡電位(ENa)值 應(yīng)用Na通道特異性阻斷劑河豚毒后，內(nèi)向電流全部消失（AP消失） 結(jié)論：離子通道的特性AP的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是受刺激后Na+ 、 K+通道狀態(tài)的改變。K+通道：是電壓依賴式離子通道，有開、關(guān)兩種狀態(tài)阻斷劑：四

14、乙基胺（TEA）Na+ 通道:是電壓及時(shí)間依賴式離子通道，有備用、激活、失活三種狀態(tài)阻斷劑：河豚毒素（TTX）、局麻藥離子通道的特性AP的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是受刺激后Na+ 、 K+通道Voltage-gated Ion ChannelsVoltage-gated Ion ChannelsChapt2細(xì)胞的基本功能課件2AP的產(chǎn)生與膜通透性的關(guān)系A(chǔ)P的產(chǎn)生與膜通透性的關(guān)系5.動(dòng)作電位的引起與傳導(dǎo)動(dòng)作電位的引起細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化局部反應(yīng)動(dòng)作電位的傳導(dǎo)5.動(dòng)作電位的引起與傳導(dǎo)動(dòng)作電位的引起動(dòng)作電位的引起1、刺激(Stimulation)：（1）刺激：細(xì)胞所處環(huán)境因素的改變。（2）刺激三要素：刺激強(qiáng)

15、度、刺激作用時(shí)間、強(qiáng)度-時(shí)間變化率；動(dòng)作電位的引起1、刺激(Stimulation)：(3)閾強(qiáng)度(threshold intensity) ：把刺激的作用時(shí)間和強(qiáng)度-時(shí)間變化率都固定在某一適當(dāng)數(shù)值，能引起組織細(xì)胞興奮所必需的最小刺激強(qiáng)度，簡稱閾值(threshold)閾值是衡量組織細(xì)胞興奮性高低的指標(biāo)。 閾刺激：刺激強(qiáng)度等于閾強(qiáng)度的刺激 閾下刺激：刺激強(qiáng)度小于閾強(qiáng)度的刺激 閾上刺激：刺激強(qiáng)度大于閾強(qiáng)度的刺激 閾刺激和閾上刺激可以引起組織細(xì)胞興奮，而閾下刺激則不能(3)閾強(qiáng)度(threshold intensity) ：把2.興奮性及興奮 (Excitability & excitation)

16、興奮性：細(xì)胞受到刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力。興奮：動(dòng)作電位的同義詞。可興奮細(xì)胞：肌肉、神經(jīng)、腺體。閾強(qiáng)度是衡量細(xì)胞興奮性高低的指標(biāo)，閾強(qiáng)度高，則興奮性低；閾強(qiáng)度低，則興奮性高。2.興奮性及興奮 (Excitability & exci3、閾電位（Threshold potential）閾電位：能進(jìn)一步誘發(fā)動(dòng)作電位的去極化臨界膜電位值，稱為閾電位；閾電位一般較靜息電位的負(fù)值少1020mV 。衡量興奮性高低的指標(biāo)3、閾電位（Threshold potential）閾電位：到達(dá)閾電位值的去極化 一定數(shù)量的Na+通道的開放 Na+內(nèi)流 膜的進(jìn)一步去極化 更多Na+通道開放 “正反饋”或稱為再生性循環(huán)的過

17、程 直至達(dá)到Na+的平衡電位 到達(dá)閾電位值的去極化 一定數(shù)量的Na+通道的開放 Na+細(xì)胞興奮后興奮性的周期性變化實(shí)驗(yàn)方法： 先后兩次刺激 1)閾刺激，細(xì)胞興奮 2)改變頻率和刺激強(qiáng)度，觀察細(xì)胞的興奮細(xì)胞興奮后興奮性的周期性變化實(shí)驗(yàn)方法：細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化對閾下刺激反應(yīng)對閾上刺激反應(yīng)對閾下刺激反應(yīng)對閾上刺激反應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制絕對不應(yīng)期（absolute refractory period）： Na+通道完全失活；相對不應(yīng)期（relative refractory period） ： Na+通道部分復(fù)活；超常期（supranormal period）： Na+通道大部

18、分復(fù)活，膜電位小于RP；低常期（subnormal period ）： 膜電位處于超極化狀態(tài)；產(chǎn)生機(jī)制絕對不應(yīng)期（absolute refractory Action Potential Stages: OverviewAction Potential Stages: Overv.局部反應(yīng)（local response)概念：細(xì)胞受到閾下刺激時(shí)，可引起受刺激的膜局部出現(xiàn)一個(gè)較小的去極化，稱為局部反應(yīng)或局部興奮閾下刺激該段膜中Na+通道的少量開放少量Na+內(nèi)流 膜輕度去極化.局部反應(yīng)（local response)概念：細(xì)胞受到閾特點(diǎn):（1）電緊張傳播(electrotonic propagat

19、ion), 呈衰減性傳導(dǎo)；（2）等級性，非 “全或無”式；（3）可以總和：時(shí)間總和(temporal summation) 空間總和(spatial summation)特點(diǎn):局部興奮的特點(diǎn)局部興奮的特點(diǎn)Graded potentials decrease in strength as they spread out from the point of originStimulusGraded potentials decrease in Chapt2細(xì)胞的基本功能課件2.動(dòng)作電位的傳導(dǎo)局部電流學(xué)說 局部電流：已興奮膜與未興奮膜之間存在電位差，而發(fā)生的電荷移動(dòng)。.動(dòng)作電位的傳導(dǎo)局部電流學(xué)說1 .興奮在無髓神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)1 .興奮在無髓神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo) 局部電流（local current） ：在已興奮的細(xì)胞膜和與它相鄰的未興奮的細(xì)胞膜之間，由于電位差的出現(xiàn)而發(fā)生電荷移動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)方向：在膜外的正電荷由未興奮段移向已興奮段，而膜內(nèi)的正電荷由已興奮段移向未興奮段。 結(jié)果：是造成鄰近未興奮的細(xì)胞膜去極化達(dá)閾電位，出現(xiàn)它自己的動(dòng)作電位。Chapt