细胞生物电现象省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

细胞生物电现象第1页细胞生物电现象主要有两种表现形式：静息电位静息电位 动作电位动作电位体内各种器官或多细胞结构所表现各种形式生物电现象，大多数可依据细胞水平这些基本电现象来解释。第2页1、静息电位概念：概念：指细胞在平静时，存在于细胞膜内外两侧电位差，称为跨膜静息电位，简称静息电位。极化：极化：细胞静息时膜内侧带负电，外侧带正电状态称为极化。第3页体内全部细胞静息电位都表现为膜内侧带负电，外侧带正电。各种不一样细胞有各自稳定静息电位：哺乳动物神经、骨骼肌、平滑肌、心肌细胞静息电位为-70-90mV；人红细胞静息电位为-10mV等。第4页2、动作电位在神经纤维一端统计静息电位同时，在纤维另一端给予电刺激，经过极短潜伏期后，统计电极部位在静息电位基础上出现一个快速生物电改变。第5页图形：图形：上升相去极化动作电位下降相复极化第6页生物电现象产生机制第7页（一）生物电现象离子学说生物电产生依赖于细胞膜对化学离子严格选择性通透性及其在不一样条件下改变。第8页 1、细胞膜内外离子分布不均匀、细胞膜内外离子分布不均匀膜内有较多K+和带负电大分子有机物，膜外有较多Na+和Cl-。据测定，各类细胞在膜内K+浓度约为膜外20-40倍，而Na+浓度则膜外约为膜内7-12倍。第9页2、膜对离子选择通透性、膜对离子选择通透性镶嵌于脂质双分子层中各种通道蛋白质，分别对某种离子有选择性通透能力。在不一样生理条件下，通道机能状态（离子通道开放、关闭、开放数量等）能够快速改变，从而使细胞膜对各种离子通透性发生改变。比如：平静情况下，膜对K+通透性最大，对Cl-次之，对Na+通透性很小，对带负电大分子有机物则几乎不通透。第10页（二）静息电位与K+平衡电位第11页1、过程细胞平静时，K+顺化学浓度剃度向膜外扩散，膜内带负电大分子有机物留在膜内。K+外流加大膜两侧电场力，使同性电荷相斥和异性电荷相吸力量也在不停增加。当浓度差和电场力对K+移动效应到达平衡时，膜对K+净通量为零。K+平衡电位（Ek）。第12页2、试验证实、试验证实改变细胞浸浴液K+浓度枪乌贼巨轴突灌流试验 结论：结论：静息电位主要取决于K+平衡电位，膜内K+向膜外扩散至维持膜内外动态平衡水平是形成静息电位主要离子基础。第13页(三)动作电位与Na+平衡电位第14页1、过程、过程 去极化：去极化：细胞受刺激发生兴奋时：钠通道被“激活”而开放，Na+流入膜内，膜内负电位伴随正电荷进入而快速被抵消，膜内出现正电位，形成动作电位上升相。Na+内流动力内流动力：膜两侧Na+浓度差与静息电位。第15页 Na+平衡电位平衡电位（ENa）：Na+内流造成膜内正电位，是Na+深入内流阻力。当Na+内流动力与阻力到达平衡时，膜上Na+净通量为零，膜两侧电位差到达了一个新平衡电位。第16页 复极化：复极化：钠通道进入钠通道进入“失活失活”状态时，膜对状态时，膜对K+通透性深通透性深入增大，膜内入增大，膜内K+顺浓度差顺浓度差和电位差（膜内带正电）和电位差（膜内带正电）推进向膜外扩散，使膜内推进向膜外扩散，使膜内电位由正值向负值发展，电位由正值向负值发展，直至回到原初平静时电位直至回到原初平静时电位水平。水平。此时钠通道失活状态此时钠通道失活状态解除，回复到可被激活或解除，回复到可被激活或备用状态，细胞又能接收备用状态，细胞又能接收新刺激。新刺激。第17页 复极后恢复期：复极后恢复期：据预计，神经纤维每兴据预计，神经纤维每兴奋一次，进入细胞内奋一次，进入细胞内Na+量量大约使膜内大约使膜内Na+浓度增加八浓度增加八万分之一，逸出万分之一，逸出K+量也近量也近似这个数值。似这个数值。这种状态激活细胞膜上这种状态激活细胞膜上钠钠-钾泵，将细胞内多出钾泵，将细胞内多出Na+运至细胞外，将细胞外运至细胞外，将细胞外多出多出K+运回细胞内，从而运回细胞内，从而使细胞膜内外离子浓度恢复使细胞膜内外离子浓度恢复到原初平静时水平，重建膜到原初平静时水平，重建膜静息电位。静息电位。第18页说明：除除Na+、K+以外，其它离子如以外，其它离子如Ca2+、Cl-与与静息电位及动作电位也相关：静息电位及动作电位也相关：静息电位维持除了静息电位维持除了K+外流外，外流外，Na+、Cl-内流也内流也起了一定作用。起了一定作用。动作电位发生时，除动作电位发生时，除Na+内流内流、K+外流外，最少外流外，最少还有还有Ca2+内流。内流。Ca2+内流量虽不多，但很主要，内流量虽不多，但很主要，尤其是对神经末梢和肌纤维激活，尤其是对神经末梢和肌纤维激活，Ca2+是必不是必不可少。可少。第19页（1）无）无Na+细胞浸浴液：细胞浸浴液：神经神经浸浴于无浸浴于无Na+溶液时，动作电溶液时，动作电位不出现。位不出现。（2）降低细胞浸浴液）降低细胞浸浴液Na+浓度浓度：用蔗糖或氯化胆碱替换细胞浸用蔗糖或氯化胆碱替换细胞浸浴液中浴液中Na+，使细胞外液使细胞外液Na+浓浓度减小而渗透压、静息电位保度减小而渗透压、静息电位保持不变，发生动作电位幅度或持不变，发生动作电位幅度或其超射值减小，减小程度和其超射值减小，减小程度和Na+平衡电位减小预期值相一致。平衡电位减小预期值相一致。2、试验证实第20页3、动作电位主要特点 （1）全或无）全或无 （2）非递减性传导）非递减性传导第21页（四）细胞兴奋后兴奋性改变与动作电位第22页1、兴奋性改变条件条件-测试法：测试法：先用一条件刺激条件刺激（阈上刺激）作用于组织，再用测试刺激测试刺激测定阈值改变。测试刺激阈值条件刺激阈值测试刺激阈值条件刺激阈值测试刺激阈值条件刺激阈值当组织发生兴奋后其兴奋性改变依次经历四个时期（依哺乳动物粗神经纤维为例）。第23页兴奋性分期兴奋性分期 测试刺激强度测试刺激强度兴奋性改变可能机制可能机制绝对不应期绝对不应期无限大兴奋性降至零Na+通道处于被激活后暂时失活状态相对不应期相对不应期 条件刺激强度兴奋性逐步恢复Na+通道部分开放超常期超常期条件刺激强度兴奋性超出正常水平膜处于部分去极化状态低常期低常期条件刺激强度兴奋性低于正常水平膜处于复极化状态第24页 不应期存在，意味着在单位时间内只能发生不应期存在，意味着在单位时间内只能发生一定次数兴奋。一定次数兴奋。哺乳动物神经动作电位绝对不应期普通为哺乳动物神经动作电位绝对不应期普通为1ms，从理论上讲每秒最多能传导神经冲动约从理论上讲每秒最多能传导神经冲动约1000次次/S，但正常人体神经纤维产生冲动频率，但正常人体神经纤维产生冲动频率通常为通常为10-100次次/S，最高频率极少超出，最高频率极少超出200次次/S，说明神经冲动传导保留着很大贮备能力。说明神经冲动传导保留着很大贮备能力。第25页2、动作电位锋电位与后电位锋电位动作电位负后电位后电位正后电位第26页后电位产生机制：负后电位负后电位可能是膜复极时，K+快速外流而积聚于膜外附近，使膜内外K+浓度差变小，因而暂时妨碍了K+外流结果；正后电位正后电位可能因为此时钠泵活动加强，因为生电泵作用（泵出Na+超出泵入K+）而使膜电位暂时出现轻度超极化。第27页锋电位与后电位锋电位大致相当于绝对不应期负后电位大致相当于相对不应期和超常期后电位正后电位大致相当于低常期第28页第三节神经冲动产生和传导第29页一、神经冲动产生（一）外向电流和电担心性电位第30页1、极性法则 概念概念：当用短暂直流电刺激神经当用短暂直流电刺激神经时，通常仅在通电和断电时各引发时，通常仅在通电和断电时各引发一次兴奋，通电时兴奋发生在阴极一次兴奋，通电时兴奋发生在阴极部位，断电时则在阳极部位。部位，断电时则在阳极部位。第31页原因：原因：当电极置于神经纤维表面通电时，刺激电流在阳极处由膜外流向膜内，再在阴极处由膜内流向膜外，即在阳极处存在着内向电流内向电流，在阴极处存在着外向电外向电流流。第32页内向电流造成电压降与膜两侧原有静息电位（内负外正）一致，结果使膜电位数值增大，膜处于超极化状态，即膜兴奋性下降。外向电流造成电压降与膜两侧原有静息电位（外正内负）电压差方向相反，二者相互抵消，结果使阴极下膜静息电位数值降低，处于去极化状态，即兴奋性升高。第33页2、电担心性电位概念：概念：阈下强度刺激作用所引发膜电位改变通称阈下强度刺激作用所引发膜电位改变通称 为为电担心性电位电担心性电位。特点：特点：伴随刺激强度增强而增大；伴随刺激强度增强而增大；按普通电学规律向周围扩布，呈指数衰减。按普通电学规律向周围扩布，呈指数衰减。（电担心性扩布）。（电担心性扩布）。第34页（二）局部反应、阈电位和动作电位第35页1、局部反应外向电流加大到一定程度便可造成神经冲动产生。第36页局部反应与电担心性电位相同点：相同点：局部反应幅度也可伴随刺激强度强弱而增减，并作电担心性扩布。局部反应特点：不一样点：不一样点：电担心性电位完全是因为电刺激造成去极化（膜电容电流）所引发；局部反应是因为电刺激造成去极化和少许Na+内流造成去极化叠加所引发，是动作电位前身。第37页2、阈电位和动作电位 阈电位：阈电位：当刺激增强到阈值，当刺激增强到阈值，使膜电位减小到临界水平使膜电位减小到临界水平（神经、肌肉细胞约在（神经、肌肉细胞约在-50至至-70mv），），便暴发动便暴发动作电位。这一临界膜电位作电位。这一临界膜电位水平称为阈值膜电位或简水平称为阈值膜电位或简称称阈电位阈电位。第38页阈刺激与阈电位关系 阈刺激：阈刺激：刺激强度和作用时间等参数足以使膜电位去极化到阈电位阈电位刺激第39页（二）阈下刺激、局部反应及其总和第40页1、阈下刺激与局部反应单个阈下刺激产生局部反应能够使膜兴奋性提升（P59图36）。第41页2、局部反应与总和、局部反应与总和p59：（1）时间性总和：）时间性总和：在膜同一部位相继给予两个阈下刺激，二个阈下刺激引发局部反应发生叠加，称为时间性总和；（2）空间性总和：）空间性总和：在膜相邻两个部位同时给予阈下刺激，各自局部反应发生叠加，称为空间性总和。第42页 局部反应经过总和使静息电位减小局部反应经过总和使静息电位减小（去极化）到阈电位水平，细胞膜可产生（去极化）到阈电位水平，细胞膜可产生一次动作电位。一次动作电位。总和现象生理意义在于使局部兴奋有总和现象生理意义在于使局部兴奋有可能转化为远距离传导动作电位。可能转化为远距离传导动作电位。第43页归纳：阈刺激阈刺激细胞兴奋可由细胞兴奋可由 两种方式引发两种方式引发阈下刺激总和效应阈下刺激总和效应第44页二、神经冲动传导(一)神经冲动传导机制（p59）第45页传导与传递第46页当神经纤维某一局部发当神经纤维某一局部发生兴奋时，膜外为负电位，膜生兴奋时，膜外为负电位，膜内为正电位，但临近静息部位内为正电位，但临近静息部位膜外依然是正电位，膜内是负膜外依然是正电位，膜内是负电位。电位。膜外兴奋部位与未兴奋膜外兴奋部位与未兴奋部位之间电位差形成内向电流；部位之间电位差形成内向电流；膜内兴奋部位与未兴奋部位之膜内兴奋部位与未兴奋部位之间电位差形成外向电流。间电位差形成外向电流。局部电流学说第47页（二）神经冲动传导方式与速度第48页1、神经冲动传导方式有髓神经纤维传导有髓神经纤维传导 方式：方式：跳跃式传导跳跃式传导无髓神经纤维传导无髓神经纤维传导 方式：方式：局部产生动作电位沿膜表面依次传导。第49页第50页2、影响神经纤维传导速度原因神经纤维粗细、髓鞘厚度神经纤维粗细、髓鞘厚度 普通说来，神经纤维越粗，髓鞘越厚，其传普通说来，神经纤维越粗，髓鞘越厚，其传导速度越快。导速度越快。温度温度 伴随温度降低，传导速度减慢，当温度降低伴随温度降低，传导速度减慢，当温度降低到到0时，神经纤维兴奋传导就会发生阻滞。时，神经纤维兴奋传导就会发生阻滞。第51页（三）神经传导普通特征（p60）第52页 1、生理完整性；、生理完整性；2、绝缘性；、绝缘性；3、双向性；、双向性；4、相对不疲劳性；、相对不疲劳性；5、非递减性、非递减性动作电位幅度不随刺激强度增加而增大；动作电位幅度不随刺激强度增加而增大；刺激强度使静息电位减小到阈电位水平时暴发动作电位。之后，动作电位幅度、波形以及它在膜上传导情况与原先刺激无关，仅取决于膜本身当初生物物理特征与膜内外离子分布情况。不随传导距离增加而减小不随传导距离增加而减小原因：传导经过局部电流引发。第53页第二章：思索题1、名词解释刺激与反应、兴奋与兴奋性、阈值与兴奋性、阈刺激、阈强度与阈电位、电担心与电担心性电位极化、去极化、反极化、复极化、超极化、超射、全或无现象、极性法则2、依据离子学说，阐述静息电位和动作电位产生机制3、用试验举例证实静息电位形成与K+、动作电位产生与Na+关系第54页4、什么是条件-测试法？可兴奋细胞兴奋后其兴奋性改变可分成哪几个时期？5、锋电位与后电位分别含有何生理意义？它们与兴奋性周期是什么对应关系？6、什么是内向电流与外向电流？它们对细胞兴奋性将会产生什么影响？7、电担心性电位、局部电位、动作电位分别含有什么特点？第55页8、局部反应与动作电位有何关系？9、何谓时间总和与空间总和？它们分别含有何生理意义？10、何谓局部电流学说？用局部电流学说解释有髓神经纤维神经冲动传导11、举例说明神经传导普通特征第56页第57页第58页第59页第60页第61页第62页第63页第64页第65页第66页第67页第68页第69页第70页第71页第72页第73页第74页第75页第76页第77页第78页第79页第80页第81页第82页