细胞的生物电现象bioelectricphenomenonofcell掌握.pptx
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1、第三节第三节第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象 bioelectric phenomenon of cellbioelectric phenomenon of cell 掌握内容:掌握内容:掌握内容:掌握内容:细胞的兴奋性和生物电细胞的兴奋性和生物电细胞的兴奋性和生物电细胞的兴奋性和生物电 静息电位和动作电位及其产生机制静息电位和动作电位及其产生机制静息电位和动作电位及其产生机制静息电位和动作电位及其产生机制 兴奋的引起、阈值、局部电位、阈兴奋的引起、阈值、局部电位、阈兴奋的引起、阈值、局部电位、阈兴奋的引起、阈值、局部电位、阈 电位和锋电位电位和锋
2、电位电位和锋电位电位和锋电位 兴奋在同一细胞上传导的机制兴奋在同一细胞上传导的机制兴奋在同一细胞上传导的机制兴奋在同一细胞上传导的机制一、组织的兴奋和兴奋性一、组织的兴奋和兴奋性一、组织的兴奋和兴奋性一、组织的兴奋和兴奋性(P33)(P33)(P33)(P33)Excitation&excitability of tissueExcitation&excitability of tissue (一一一一)刺激和反应刺激和反应刺激和反应刺激和反应 1.1.1.1.刺激刺激刺激刺激stimulationstimulation:细胞和组织所处的细胞和组织所处的细胞和组织所处的细胞和组织所处的 内外环
3、境的变化。内外环境的变化。内外环境的变化。内外环境的变化。刺激的刺激的刺激的刺激的形式形式形式形式:物理物理物理物理 化学化学化学化学 机械等机械等机械等机械等 刺激的刺激的刺激的刺激的三要素三要素三要素三要素:强度;持续时间;强强度;持续时间;强强度;持续时间;强强度;持续时间;强 度度度度-时间变化率时间变化率时间变化率时间变化率(方波刺激时不变方波刺激时不变方波刺激时不变方波刺激时不变)阈强度阈强度阈强度阈强度(阈值阈值阈值阈值)threshold intensitythreshold intensity (valuevalue):刺激的刺激的刺激的刺激的持续时间固定持续时间固定持续时间
4、固定持续时间固定,引起引起引起引起 细胞或组织发生反应细胞或组织发生反应细胞或组织发生反应细胞或组织发生反应(产生产生产生产生APAPAPAP)的最小的最小的最小的最小 刺激强度刺激强度刺激强度刺激强度 阈刺激阈刺激threshold stimulus:具有具有阈强阈强 度度的刺激的刺激 2.2.反应反应response:可兴奋组织或细胞对刺可兴奋组织或细胞对刺 激所发生的应答。激所发生的应答。兴奋兴奋excitation 抑制抑制inhibition(二二)可兴奋细胞或组织和兴奋性可兴奋细胞或组织和兴奋性 1.1.可兴奋细胞或组织可兴奋细胞或组织excitable cell or tissu
5、e:受刺激后能产生反应受刺激后能产生反应(即即AP)的的 细胞或组织。神经、肌肉、腺体的细细胞或组织。神经、肌肉、腺体的细 胞或组织属于此类。胞或组织属于此类。2.2.2.2.兴奋性兴奋性兴奋性兴奋性 excitabilityexcitability:可兴奋组织、细胞对刺激发生反应可兴奋组织、细胞对刺激发生反应可兴奋组织、细胞对刺激发生反应可兴奋组织、细胞对刺激发生反应(即即即即产生产生产生产生 动作电位动作电位动作电位动作电位)的能力。的能力。的能力。的能力。衡量兴奋性高低的指标衡量兴奋性高低的指标衡量兴奋性高低的指标衡量兴奋性高低的指标阈值阈值阈值阈值 ExcitabilityExcita
6、bility 阈上刺激阈上刺激阈上刺激阈上刺激 supraliminal stimulussupraliminal stimulus 阈下刺激阈下刺激阈下刺激阈下刺激 subthreshold stimulussubthreshold stimulus1 1 1 1threshold intensity threshold intensity 二、细胞膜的被动电学特性二、细胞膜的被动电学特性1.平行板电容器平行板电容器:细胞膜脂质双层将细胞内外细胞膜脂质双层将细胞内外 液隔开液隔开,类似于平行板电容器。类似于平行板电容器。2.细胞膜电学特性细胞膜电学特性:细胞膜细胞膜具有具有膜电容膜电容Cm:
7、较大,约较大,约1F/cm2膜电阻膜电阻Rm:可变可变,与通道及转运体数目有关与通道及转运体数目有关;Rm倒数倒数即即膜电导膜电导Gm=带电离子通透性带电离子通透性细胞膜通道开放细胞膜通道开放带电离子跨膜移动带电离子跨膜移动相相 当于电容器充电或放电当于电容器充电或放电可产生电位差可产生电位差即即 跨膜电位跨膜电位 transmembrane potential,Em因此因此电学特性可用电学特性可用并联的阻容耦合电路并联的阻容耦合电路来描述来描述3.3.电紧张电位电紧张电位electrotonic potential 随距刺激原点距离的增加而膜电随距刺激原点距离的增加而膜电位呈指数衰减的电位变
8、化称位呈指数衰减的电位变化称电紧张电电紧张电位。位。该电位是由膜的固有电学特性决该电位是由膜的固有电学特性决定的定的,其产生过程中没有离子通道的其产生过程中没有离子通道的激活激活,也无膜电导的改变。也无膜电导的改变。三、静息电位及其产生机制三、静息电位及其产生机制(P24)(一一)静息电位静息电位Resting potential,RP 细胞在未受刺激时细胞在未受刺激时(静息状态下静息状态下),存在于细存在于细胞膜内外的电位差胞膜内外的电位差。1.在微电极尖刚插入膜内的瞬间在微电极尖刚插入膜内的瞬间,记录仪器显记录仪器显 现一个突然的电位跃变;现一个突然的电位跃变;2.静息电位是一个稳定的直流
9、电位;静息电位是一个稳定的直流电位;3.范围范围:-10mV-100mV(随细胞种类而不同随细胞种类而不同);极化极化(polarization):):外正内负外正内负 去极化去极化(depolarization):):|RP|RP|值减小值减小 超极化超极化(hyperpolarization):):|RP|RP|值增大值增大 反极化反极化(reversepolarization):):去极到正值去极到正值 复极化复极化(repolarization):):去极后向去极后向RPRP恢复恢复 超射超射(overshoot):):膜电位高于膜电位高于0 0电位部分电位部分(二二)静息电位产生机制
10、静息电位产生机制1.1.生物电活动的基础生物电活动的基础:钠泵活动造成膜内外离钠泵活动造成膜内外离子不均衡分布子不均衡分布:胞外胞外NaNa+胞内胞内NaNa+,胞内胞内KK+胞外胞外KK+2.2.离子扩散与离子平衡电位:离子扩散与离子平衡电位:扩散驱动力:浓度差和电位差扩散驱动力:浓度差和电位差 膜通透性:安静状态下膜通透性:安静状态下,膜主要对膜主要对K K+通透通透 扩散平衡:电位差扩散平衡:电位差=浓度差浓度差,驱动力驱动力=0 0 根据根据NernstNernst公式可计算出离子平衡电位公式可计算出离子平衡电位 钠平衡电位钠平衡电位(+50+70mV)离子平衡电位离子平衡电位 ion
11、 equilibrium potential 钾平衡电位钾平衡电位(-90-100mV)离子平衡电位计算公式离子平衡电位计算公式NernstNernst方程:方程:(环境温度为环境温度为2727时,教材为时,教材为29.229.2)K+oEK=59.5 log(mV)K+i 膜主要对膜主要对膜主要对膜主要对K K K K+通透通透通透通透细胞内外细胞内外细胞内外细胞内外K K K K+势能差势能差势能差势能差K K K K+经通道易化扩散经通道易化扩散经通道易化扩散经通道易化扩散扩散出的扩散出的扩散出的扩散出的K K K K+形成阻形成阻形成阻形成阻碍碍碍碍K K K K+继续扩散的电继续扩散
12、的电继续扩散的电继续扩散的电场力场力场力场力K K K K+的浓度差动力和的浓度差动力和的浓度差动力和的浓度差动力和电场力阻力平衡电场力阻力平衡电场力阻力平衡电场力阻力平衡静息电位静息电位Resting Potential:NernstNernst公式公式公式公式(环境温度为环境温度为环境温度为环境温度为27272727时时时时)E EKK=59.5 log=59.5 log(mVmV)RPRP相当于相当于E EK K,但实测值总是小,但实测值总是小于于NernstNernst公式的计算值,原因是静息公式的计算值,原因是静息时,细胞膜对时,细胞膜对NaNa+等离子也存在一定等离子也存在一定的通
13、透性的通透性 K+o K+i影响影响RPRP因素因素:胞内、外的胞内、外的 K+:K+o与与 K+i的差值决定的差值决定EK,K+o EK 膜对膜对K+、Na+通透性通透性:K+的通透性的通透性,则则RP,更趋向于更趋向于EK Na+的通透性的通透性,则则RP,更趋向于更趋向于ENa Na+-K+泵的活动水平泵的活动水平Resting Potential四、动作电位及其产生机制四、动作电位及其产生机制(一一)动作电位动作电位Action potential,AP 1.在在RP基础上,细胞受到一个适当基础上,细胞受到一个适当(不不 小于小于阈值阈值)刺激时,其膜电位所发生的刺激时,其膜电位所发生
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