細胞生物電現象課件

1、,細胞的生物電現象,,細胞生物電現象主要有兩種表現形式： 靜息電位 動作電位 體內各種器官或多細胞結構所表現的多種形式生物電現象，大多數可根據細胞水平的這些基本電現象來解釋。,1、靜息電位,●概念： 指細胞在安靜時，存在于細胞膜內外兩側的電位差，稱為跨膜靜息電位，簡稱靜息電位?！駱O化

2、： 細胞靜息時膜內側帶負電，外側帶正電的狀態(tài)稱為極化。,,,,體內所有細胞的靜息電位都表現為膜內側帶負電，外側帶正電。 各種不同的細胞有各自穩(wěn)定的靜息電位： 哺乳動物神經、骨骼肌、平滑肌、心肌細胞靜息電位為-70~-90mV； 人紅細胞靜息電位為-10mV等。,2、動作電位,● 在神經纖維一端記錄靜息電位同時，在纖維另一端給予電刺激，經過極

3、短潛伏期后，記錄電極部位在靜息電位基礎上出現一個快速的生物電變化。,,,,●圖形： 上升相 去極化動作電位 下降相 復極化,,,,,生物電現象產生的機制,（一）生物電現象的離子學說,生物電的產生依賴于細胞膜對化學離子嚴格選擇性的通透性及其在不同條件下的變化。,,1、細胞膜內外離子分布

4、的不均勻 膜內有較多的K+和帶負電的大分子有機物，膜外有較多的Na+和Cl-。 據測定，各類細胞在膜內的K+濃度約為膜外的20-40倍，而Na+濃度則膜外約為膜內的7-12倍。,,2、膜對離子的選擇通透性 鑲嵌于脂質雙分子層中的各種通道蛋白質，分別對某種離子有選擇性通透能力。 在不同生理條件下，通道的機能狀態(tài)（離子通道開放、關閉、開

5、放數量等）可以迅速改變，從而使細胞膜對各種離子的通透性發(fā)生改變。 例如：安靜情況下，膜對K+通透性最大，對Cl-次之，對Na+通透性很小，對帶負電的大分子有機物則幾乎不通透。,,（二）靜息電位與K+平衡電位,1、過程,細胞安靜時，K+順化學濃度剃度向膜外擴散，膜內帶負電大分子有機物留在膜內。 K+外流加大膜兩側電場力，使同性電荷相斥和異性電荷相吸的力量也在不斷增加。當濃度差和電場力對K

6、+移動的效應達到平衡時，膜對K+的凈通量為零。 K+平衡電位（Ek）。,,,2、實驗證明,●改變細胞浸浴液K+濃度 ●槍烏賊巨軸突灌流實驗 結論： 靜息電位主要取決于K+平衡電位，膜內K+向膜外擴散至維持膜內外動態(tài)平衡的水平是形成靜息電位的主要離子基礎。,,(三)動作電位與Na+平衡電位,1、過程,去極化： 細胞受刺激發(fā)生興奮時：鈉通道

7、被“激活”而開放，Na+流入膜內，膜內負電位隨著正電荷的進入而迅速被抵消，膜內出現正電位，形成動作電位上升相。 Na+內流動力：膜兩側Na+濃度差與靜息電位。,,Na+平衡電位（ENa） ： Na+內流造成膜內正電位，是Na+進一步內流的阻力。 當Na+內流的動力與阻力達到平衡時，膜上Na+凈通量為零，膜兩側電位差達到了一個新的平衡電位。,,復極化： 鈉通道

8、進入 “失活”狀態(tài)時，膜對K+的通透性進一步增大，膜內K+順濃度差和電位差（膜內帶正電）推動向膜外擴散，使膜內電位由正值向負值發(fā)展，直至回到原初安靜時電位水平。 此時鈉通道失活狀態(tài)解除，回復到可被激活或備用狀態(tài)，細胞又能接受新的刺激。,,復極后的恢復期： 據估計，神經纖維每興奮一次，進入細胞內Na+量大約使膜內Na+濃度增加八萬分之一，逸出的K+量也近似這個數值。

9、 這種狀態(tài)激活細胞膜上鈉-鉀泵，將細胞內多余Na+運至細胞外，將細胞外多余K+運回細胞內，從而使細胞膜內外離子濃度恢復到原初安靜時的水平，重建膜的靜息電位。,說明：,除Na+、K+以外，其他離子如Ca2+、Cl-與靜息電位及動作電位也有關：●靜息電位的維持除了K+外流外，Na+、Cl-的內流也起了一定的作用?！駝幼麟娢话l(fā)生時，除Na+內流、K+外流外，至少還有Ca2+內流。Ca2+內流量雖不多，但很重要，特別是對神經末梢和肌纖維激活

10、，Ca2+是必不可少的。,（1）無Na+細胞浸浴液：神經浸浴于無Na+溶液時，動作電位不出現。 （2）降低細胞浸浴液Na+濃度：用蔗糖或氯化膽堿替代細胞浸浴液中Na+，使細胞外液Na+濃度減小而滲透壓、靜息電位保持不變，發(fā)生的動作電位幅度或其超射值減小，減小的程度和Na+平衡電位減小的預期值相一致。,2、實驗證明,,3、動作電位主要特點,（1）全或無 （2）非遞減性傳導,,（四

11、）細胞興奮后興奮性 的變化與動作電位,1、興奮性變化,條件-測試法： 先用一條件刺激（閾上刺激）作用于組織，再用測試刺激測定閾值變化。 測試刺激閾值＜條件刺激閾值 測試刺激閾值＝條件刺激閾值 測試刺激閾值＞條件刺激閾值 當組織發(fā)生興奮后其興奮性變化依次經歷四個時期（依哺乳動物粗神經纖維為例）。,,,,,不應期存在，意味著在單位時間內只能發(fā)生一定

12、次數的興奮。 哺乳動物神經的動作電位絕對不應期一般為1ms，從理論上講每秒最多能傳導神經沖動約1000次/S ，但正常人體神經纖維產生沖動的頻率通常為10-100次/S ，最高頻率很少超過200次/S，說明神經沖動傳導保存著很大儲備能力。,2、動作電位的鋒電位與后電位,鋒電位動作電位 負后電位 后電位

13、 正后電位,,,,,后電位產生機制： 負后電位可能是膜復極時，K+迅速外流而積聚于膜外附近，使膜內外K+濃度差變小，因而暫時阻礙了K+外流的結果； 正后電位可能由于此時鈉泵活動加強，由于生電泵的作用（泵出的Na+超過泵入的K+）而使膜電位暫時出現輕度的超極化。,鋒電位與后電位,鋒電位 大致相當于絕對不應期

14、 負后電位 大致相當于相對 不應期和超常期 后電位 正后電位 大致相當于低常期,,,,,,第三節(jié) 神經沖動產生和傳導,,一、神經沖動的產生 （一）外向電流和電緊張性電位,1、極性法則,概念：當用短暫的直

15、流電刺激神經時，通常僅在通電和斷電時各引起一次興奮，通電時興奮發(fā)生在陰極部位，斷電時則在陽極部位。,,,,原因： 當電極置于神經纖維表面通電時，刺激電流在陽極處由膜外流向膜內，再在陰極處由膜內流向膜外，即在陽極處存在著內向電流，在陰極處存在著外向電流。,內向電流造成電壓降與膜兩側原有靜息電位（內負外正）一致，結果使膜電位數值增大，膜處于超極化狀態(tài)，即膜興奮性下降。 外向電流造成電壓降與膜兩

16、側原有靜息電位（外正內負）電壓差方向相反，兩者互相抵消，結果使陰極下膜靜息電位數值減少，處于去極化狀態(tài)，即興奮性升高。,,2、電緊張性電位,概念：閾下強度刺激作用所引起的膜電位變化通稱 為電緊張性電位。特點：●隨著刺激強度增強而增大； ●按一般電學規(guī)律向周圍擴布，呈指數衰減。 （電緊張性擴布）。,,（二）局部反應、閾電位和 動作電位

17、,1、局部反應,外向電流加大到一定程度便可導致神經沖動產生。,局部反應與電緊張性電位,相同點： 局部反應幅度也可隨著刺激強度的強弱而增減，并作電緊張性擴布。 局部反應特點：不同點： ●電緊張性電位完全是由于電刺激造成的去極化（膜電容電流）所引起； ●局部反應是由于電刺激造成的去極化和少量Na+內流造成的去極化疊加所引起，是動作電位前身。,2

18、、閾電位和動作電位,閾電位： 當刺激增強到閾值，使膜電位減小到臨界水平（神經、肌肉細胞約在-50至-70mv），便爆發(fā)動作電位。這一臨界膜電位水平稱為閾值膜電位或簡稱閾電位。,閾刺激與閾電位關系,閾刺激： 刺激強度和作用時間等參數足以使膜電位去極化到閾電位的刺激,,（二）閾下刺激、局部反應 及其總和,1、閾下刺激與局部反應,單個閾下刺激產生的局部反應可以使膜的興奮性提

19、高（P59圖3－6） 。,2、局部反應與總和,p59： （1）時間性總和：在膜同一部位相繼給予兩個閾下刺激，二個閾下刺激引起的局部反應發(fā)生疊加，稱為時間性總和； （2）空間性總和：在膜相鄰的兩個部位同時給予閾下刺激，各自的局部反應發(fā)生疊加，稱為空間性總和。,,,局部反應經過總和使靜息電位減小（去極化）到閾電位水平，細胞膜可產生一次動作電位。 總和現象生理意義在于使局部的興奮有可能轉化為遠距離傳導的動作

20、電位。,歸 納：,閾刺激 細胞興奮可由 兩種方式引起 閾下刺激的總和效應,,,二、神經沖動的傳導 (一) 神經沖動傳導機制 （p59）,,傳導與傳遞,當神經纖維某一局部發(fā)生興奮時，膜外為負電位，膜內為正電位，但臨

21、近靜息部位的膜外仍然是正電位，膜內是負電位。 膜外興奮部位與未興奮部位之間的電位差形成內向電流；膜內興奮部位與未興奮部位之間的電位差形成外向電流。,局部電流學說,,（ 二）神經沖動的傳導方式與速度,1、神經沖動的傳導方式,●有髓神經纖維的傳導 方式： 跳躍式傳導●無髓神經纖維的傳導 方式： 局部產生的動作電位沿膜表面依次傳導。,,,2、影響神經纖維傳導速度的因

22、素,●神經纖維粗細、髓鞘厚度 一般說來，神經纖維越粗，髓鞘越厚，其傳導速度越快?！駵囟?隨著溫度降低，傳導速度減慢，當溫度降低到0℃時，神經纖維興奮傳導就會發(fā)生阻滯。,,（三）神經傳導的一般特征 （p60）,,1、生理完整性； 2、絕緣性； 3、雙向性； 4、相對不疲勞性； 5、非遞減性 ●動作電位的幅度不隨刺激強度

23、增加而增大； 刺激強度使靜息電位減小到閾電位水平時爆發(fā)動作電位。之后，動作電位幅度、波形以及它在膜上傳導情況與原先刺激無關，僅取決于膜本身當時生物物理特性與膜內外離子分布情況。 ●不隨傳導距離增加而減小 原因：傳導通過局部電流引起。,第二章：思考題,1、名詞解釋 刺激與反應 、興奮與興奮性、閾值與興奮性、閾刺激、閾強度與閾電位、電緊張與電緊張性電位 極化、去

24、極化、反極化、復極化、超極化、超射、全或無現象、極性法則2、根據離子學說，闡述靜息電位和動作電位產生的 機制3、用實驗舉例證明靜息電位形成與K+、動作電位產 生與Na+的關系,,4、什么是條件-測試法？可興奮細胞興奮后其興奮性 變化可分成哪幾個時期？5、鋒電位與后電位分別具有何生理意義？它們與興 奮性周期是什么對應關系？6、什么是內向電流與外向電流？它們對細胞的興奮