生理学课件第三章.ppt
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1、第三章第三章 神经元的兴奋与传导神经元的兴奋与传导.第一节第一节 细胞膜的电生理细胞膜的电生理细胞膜电位:细胞膜电位:脂质双分子层构成绝缘层,脂质双分子层构成绝缘层,细胞膜内、外带电离子的不均等分布,使细胞膜内、外带电离子的不均等分布,使细胞膜两侧产生了一定的电位差。细胞膜两侧产生了一定的电位差。细胞膜的生物电现象:细胞膜的生物电现象:细胞膜受刺激后产细胞膜受刺激后产生的电化学性质的变化。生的电化学性质的变化。.一、静息膜电位的形成和维持一、静息膜电位的形成和维持(一)概念:一)概念:细胞在安静状态时存在于细胞膜内外细胞在安静状态时存在于细胞膜内外两侧的电位差,称为静息膜电位,也两侧的电位差,
2、称为静息膜电位,也称称静息电位静息电位。.0+-B BA A细胞细胞细胞膜细胞膜微电极微电极电位计电位计.0+-B BA A+-+-+-+-+-90-90mVmV0 0mVmV0 0mVmV本实验本实验提示提示:1.1.跨膜有跨膜有电位差电位差2.2.膜内膜内低于低于膜外膜外3.3.稳定直流稳定直流电位电位.n n极化:极化:活细胞的细胞膜膜内外存在电位差的现象。生理学中将细胞膜外侧的电位定为0电位,大多动物神经纤维、各种肌细胞的膜电位-50-100mV的直流电位,表现为膜内为负,膜外为正。.n n静息膜电位形成的基础:静息膜电位形成的基础:Na+、K+等关键离等关键离子在细胞膜内外的不均等分
3、布及选择性透子在细胞膜内外的不均等分布及选择性透膜移动。膜移动。n n电扩散:电扩散:离子的跨膜渗透,与离子的跨膜渗透,与膜内外离膜内外离子的浓度、子的浓度、跨膜电势差、跨膜电势差、某离子的渗某离子的渗透系数等因素有关。透系数等因素有关。n n离子运动的独立性法则离子运动的独立性法则每种离子的跨每种离子的跨膜运动都是相互独立的膜运动都是相互独立的(二)静息电位产生的机制(二)静息电位产生的机制.表表3-1 3-1 哺乳动物骨骼肌细胞内外离子浓度和电位哺乳动物骨骼肌细胞内外离子浓度和电位 离子离子离子离子 细胞外液细胞外液细胞外液细胞外液 胞胞胞胞 质质质质 平衡电位平衡电位平衡电位平衡电位 (
4、mmol/L)(mmol/L)(mV)(mmol/L)(mmol/L)(mV)Na Na+145 12 145 12 +65+65 K K+4 155 4 155 -95-95 Cl Cl-120 120 .4 4 -90-90有机负离子有机负离子有机负离子有机负离子 155 155 _.1、K+的扩散对膜电位的作用的扩散对膜电位的作用 膜内膜内膜内膜内K K+浓度高于膜外,安静时膜对浓度高于膜外,安静时膜对浓度高于膜外,安静时膜对浓度高于膜外,安静时膜对K K+通透性通透性通透性通透性大,大,大,大,K K+顺浓度差外流,而细胞内的有机负离子顺浓度差外流,而细胞内的有机负离子顺浓度差外流,而
5、细胞内的有机负离子顺浓度差外流,而细胞内的有机负离子不能透出细胞,便产生了不能透出细胞,便产生了不能透出细胞,便产生了不能透出细胞,便产生了内负外正的电位差内负外正的电位差内负外正的电位差内负外正的电位差。当。当。当。当促进促进促进促进K K+向外移动的化学力(向外移动的化学力(向外移动的化学力(向外移动的化学力(K K+的扩膜浓度梯度)的扩膜浓度梯度)的扩膜浓度梯度)的扩膜浓度梯度)与阻止与阻止与阻止与阻止K K+向外移动的电场力(跨膜电位梯度)向外移动的电场力(跨膜电位梯度)向外移动的电场力(跨膜电位梯度)向外移动的电场力(跨膜电位梯度)达到平衡时,则达到平衡时,则达到平衡时,则达到平衡时
6、,则K K+的净通透量等于零,此时的的净通透量等于零,此时的的净通透量等于零,此时的的净通透量等于零,此时的电位差称为电位差称为电位差称为电位差称为K K+的平衡电位的平衡电位的平衡电位的平衡电位,等于静息电位。,等于静息电位。,等于静息电位。,等于静息电位。.+A A-A A-A A-A A-A A-+A A-A A-+A A-A A-+K+顺浓度差顺浓度差(化学驱动力化学驱动力)跨膜跨膜外流外流,建立起建立起内内负负外正外正的的跨膜电位跨膜电位。.+A A-A A-A A-A A-A A-+A A-A A-+A A-A A-+当当促使促使K+外流力外流力与与阻止阻止K+外流力外流力平衡平衡
7、时时,即即,K+的电化学驱动力为零时的电化学驱动力为零时,K+的的净净通量为通量为零零 K+平衡电位平衡电位(RP).n n大量实验证明:大量实验证明:当细胞外的当细胞外的K+浓度降低时,浓度降低时,静息电位增大;膜外静息电位增大;膜外K+浓度增高时,静息浓度增高时,静息电位减小,电位减小,而改变而改变Na+浓度对其无明显影浓度对其无明显影响,说明静息电位主要是由响,说明静息电位主要是由K+的平衡电位的平衡电位决定的。决定的。n n若知道若知道K+在胞内外分布的浓度,可以利用在胞内外分布的浓度,可以利用Nernst方程来计算静息膜电位。方程来计算静息膜电位。.Nernst公式公式(1889):
8、RTEX=logZFX+iX+o简化公式:简化公式:EX=61 log (mV)X+iX+o如哺乳动物骨骼肌细胞如哺乳动物骨骼肌细胞:K+i:155mmol/L,K+o:4mmol/L,则则 0.026,log =-1.59 Ek=61-1.59-95(mV)K+iK+oK+iK+o.n n假定膜仅对Na+通透,膜外Na+流向膜内,建立起膜内为正、膜外为负的平衡电位,其值为+60mV,幅度小于K+的平衡电位。2、Na+的扩散对膜电位的作用的扩散对膜电位的作用.n n在活细胞中,在活细胞中,K+、Na+是共同对膜电位的是共同对膜电位的形成发挥作用的。形成发挥作用的。n n但在静息状态下,但在静息
9、状态下,K+通透性是通透性是Na+50-75倍。倍。相对较大量相对较大量K+的净外流建立了一个的净外流建立了一个-90mV的的膜电位,相对少的膜电位,相对少的Na+内流部分消除或中和内流部分消除或中和了了K+的平衡电位。的平衡电位。n n神经细胞静息膜电位值为神经细胞静息膜电位值为-70mV。3、K+和和Na+对膜电位的协同作用对膜电位的协同作用.n n静息状态下,静息状态下,K+和和Na+的扩散时刻在进行,的扩散时刻在进行,但胞内但胞内K+浓度没有持续下降,浓度没有持续下降,Na+浓度也浓度也没有持续增加,为什么?没有持续增加,为什么?n nK+-Na+泵的作用:泵的作用:将胞内将胞内Na+
10、泵出,将胞外泵出,将胞外K+泵入,从而抵消了两种离子的膜渗漏通泵入,从而抵消了两种离子的膜渗漏通量。量。4、K+-Na+泵和膜电位的维持泵和膜电位的维持.钠钠-钾泵转运和通道介导的易化扩散钾泵转运和通道介导的易化扩散.总结总结:由于膜内外存在不同的离子浓度,膜对这些由于膜内外存在不同的离子浓度,膜对这些离子具有不同的通透性,导致了静息电位的形成;离子具有不同的通透性,导致了静息电位的形成;静息状态时,所有被动通透力与主动转运的静息状态时,所有被动通透力与主动转运的力平衡,使膜电位保持恒定不变。力平衡,使膜电位保持恒定不变。.二、细胞膜动作电位二、细胞膜动作电位(一)细胞的兴奋与阈刺激1、刺激与
11、反应、刺激与反应n n刺激刺激刺激刺激:引起机体活动状态发生变化的任何环境变化引起机体活动状态发生变化的任何环境变化引起机体活动状态发生变化的任何环境变化引起机体活动状态发生变化的任何环境变化因子。因子。因子。因子。n n反应反应反应反应:刺激引起的机体活动状态的改变。刺激引起的机体活动状态的改变。刺激引起的机体活动状态的改变。刺激引起的机体活动状态的改变。2、兴奋与兴奋性、兴奋与兴奋性n n兴奋兴奋兴奋兴奋:机体对外界环境变化做出反应的特征。机体对外界环境变化做出反应的特征。机体对外界环境变化做出反应的特征。机体对外界环境变化做出反应的特征。n n兴奋性兴奋性兴奋性兴奋性:机体对外界环境变化
12、做出的反应的能力机体对外界环境变化做出的反应的能力机体对外界环境变化做出的反应的能力机体对外界环境变化做出的反应的能力.3、引起兴奋的主要条件n n 一定的刺激强度n n 一定的刺激作用时间n n 阈强度刚能引起组织兴奋的刺激强度n n 阈刺激达到阈强度的有效刺激n n 阈上刺激高于阈强度的刺激n n 阈下刺激低于阈强度的刺激注:阈值可以作为衡量细胞和组织兴奋性 的指标,但并非固定参数.1 1 1 1、分级电位(局部电位、分级电位(局部电位、分级电位(局部电位、分级电位(局部电位)n n首先给细胞一个较小的刺激,然后不断增大刺激首先给细胞一个较小的刺激,然后不断增大刺激首先给细胞一个较小的刺激
13、,然后不断增大刺激首先给细胞一个较小的刺激,然后不断增大刺激强度,所形成的电位幅值也会逐步由小变大,将强度,所形成的电位幅值也会逐步由小变大,将强度,所形成的电位幅值也会逐步由小变大,将强度,所形成的电位幅值也会逐步由小变大,将这种具有不同幅值的电位称为分级电位。这种具有不同幅值的电位称为分级电位。这种具有不同幅值的电位称为分级电位。这种具有不同幅值的电位称为分级电位。n n分级电位特征:分级电位特征:分级电位特征:分级电位特征:振幅随扩散距离的增大而减小,振幅随扩散距离的增大而减小,振幅随扩散距离的增大而减小,振幅随扩散距离的增大而减小,故只能在较小的范围内作短距离的扩散。故只能在较小的范围
14、内作短距离的扩散。故只能在较小的范围内作短距离的扩散。故只能在较小的范围内作短距离的扩散。n n单个阈下刺激能造成去极化,未达到单个阈下刺激能造成去极化,未达到单个阈下刺激能造成去极化,未达到单个阈下刺激能造成去极化,未达到 阈电位水平,阈电位水平,阈电位水平,阈电位水平,少量少量少量少量Na+Na+Na+Na+道开,道开,道开,道开,Na+Na+Na+Na+内流内流内流内流 叠加产生局部反应(局部叠加产生局部反应(局部叠加产生局部反应(局部叠加产生局部反应(局部兴奋),很快兴奋),很快兴奋),很快兴奋),很快 被被被被K+K+K+K+外流所抵消。外流所抵消。外流所抵消。外流所抵消。(二)分级
15、电位和动作电位(二)分级电位和动作电位.概念概念:阈下刺激阈下刺激引起的低引起的低于阈电位于阈电位的去极化的去极化(即局部(即局部电位),电位),称局部兴称局部兴奋。奋。.特点:特点:不不 具具有有“全全或或无无”现象。现象。电电紧紧张方式扩布。张方式扩布。具具有有总总和和效效应应:时时间间性性和和空空间性总和。间性总和。.n n如果同时有多个突触活动,则它们各自所产生的如果同时有多个突触活动,则它们各自所产生的突触电流可以累加起来。通过这种方式,神经元突触电流可以累加起来。通过这种方式,神经元就把不同来源的信息加以整合。就把不同来源的信息加以整合。n n突触电位与动作电位不同,它的幅度不是固
16、定不突触电位与动作电位不同,它的幅度不是固定不变的。在离开始发的膜区时,电位幅度便快速衰变的。在离开始发的膜区时,电位幅度便快速衰减,离开突触电位始发处数毫米,突触电位就消减,离开突触电位始发处数毫米,突触电位就消失了。这种扩布称为失了。这种扩布称为电紧张性扩布电紧张性扩布电紧张性扩布电紧张性扩布。n n 在树突或胞体上发生的突触电位有累加效应,在树突或胞体上发生的突触电位有累加效应,在树突或胞体上发生的突触电位有累加效应,在树突或胞体上发生的突触电位有累加效应,即可以相加或相减。即可以相加或相减。即可以相加或相减。即可以相加或相减。加或减的电位结果传播到轴加或减的电位结果传播到轴突基部。当电
17、位变化达到了阀值,便可以触发动突基部。当电位变化达到了阀值,便可以触发动作电位。作电位。.时间性总和时间性总和空间性总和空间性总和.2、动作电位、动作电位n n动作电位动作电位细胞受到一个较大刺激时,细胞受到一个较大刺激时,产生的膜两侧的快速、可逆,并能扩散的产生的膜两侧的快速、可逆,并能扩散的电位,称为动作电位。此间,细胞膜的电位,称为动作电位。此间,细胞膜的Na+通道打开,通道打开,Na+内流,膜电位由内负外正内流,膜电位由内负外正转变为内正外负。转变为内正外负。n n特征:特征:从产生的起点沿整个细胞膜传导,从产生的起点沿整个细胞膜传导,传导的幅度不随距离的增加而衰减。传导的幅度不随距离
18、的增加而衰减。.去去 极极 化化上上 升升 支支下下降降支支3.3.动作电位的图形动作电位的图形刺激刺激局部电位局部电位阈电位阈电位去极化去极化零电位零电位反极化(超射)反极化(超射)复极化复极化负后电位负后电位.几个概念:几个概念:极化:极化:静息时,膜电位呈现内负外正的状态。静息时,膜电位呈现内负外正的状态。去极化去极化(除极化):静息膜电位变小的过程。(除极化):静息膜电位变小的过程。反反极极化化:膜膜电电位位的的极极性性倒倒转转,变变成成膜膜内内为为正正(+30mv+30mv)膜外为负的状态,又称)膜外为负的状态,又称超射。超射。复极化:复极化:从去极化向静息状态恢复的过程。从去极化向
19、静息状态恢复的过程。超极化超极化:较比静息膜电位增加的状态。:较比静息膜电位增加的状态。(负后电位(负后电位(负后电位(负后电位).(三)动作电位形成的离子机制动作电位形成的离子机制 Bernstein(1902)Bernstein(1902)Bernstein(1902)Bernstein(1902)提出膜学说:细胞内外钾离子的不均提出膜学说:细胞内外钾离子的不均提出膜学说:细胞内外钾离子的不均提出膜学说:细胞内外钾离子的不均衡的分布和安静状态下细胞膜主要对钾离子有通透性,是细衡的分布和安静状态下细胞膜主要对钾离子有通透性,是细衡的分布和安静状态下细胞膜主要对钾离子有通透性,是细衡的分布和安
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