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1、生理学讨论课 第一组刘深圳 为什么给予蛙类坐骨神经-腓肠肌标本的坐骨神经以 适宜的电刺激时，会引发肌肉收缩，其生理机制是 什么？ 什么是生物电？ 人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动 称为 生物电现象（bioelectricity），表现为一定的跨膜电位，简 称膜电位 表现形式 安静状态下静息电位 兴奋状态下动作电位 应用： 心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图。 在细胞未受刺激时（安静状态下），细胞膜 两侧存在的外正内负且相对平稳的电位差，称为 静息电位（Resting Potential，RP）。 绝大多数细胞的静息电位都是稳定的、分布均匀的绝大多数细胞的静息电位都是稳定
2、的、分布均匀的 负电位，范围在负电位，范围在-10-10-100mV-100mV之间。之间。 如：骨骼肌如：骨骼肌-90mV-90mV 神经细胞神经细胞-70mV-70mV 平滑肌细胞平滑肌细胞-55mV-55mV 细胞内负值越大（绝对值越大），即静息电位细胞内负值越大（绝对值越大），即静息电位 越大。负值越小（绝对值越小），亦即静息电位越大。负值越小（绝对值越小），亦即静息电位 越小。越小。 细胞生物电产生的过程及其机制如何？ 静息电位产生的机制静息电位产生的机制 1. 细胞膜两侧离子分布不均衡，存在浓度差 Na+i / Na+o 110, K+i / K+o 301 Cl-i / Cl-o
3、 114, 电电- -化学驱动力化学驱动力( (electrochemical driving force)electrochemical driving force) 某种离子在膜两侧的电位差和浓度差两个 驱动力的代数和。 平衡电位平衡电位 电位差和浓度差驱动力相等时，电化学驱动电位差和浓度差驱动力相等时，电化学驱动 力为零，此时该离子的净扩散量为零，力为零，此时该离子的净扩散量为零，这种离子这种离子 净扩散为零时的跨膜电位差称为该离子的平衡电净扩散为零时的跨膜电位差称为该离子的平衡电 位位（Equilibrium PotentialEquilibrium Potential）或称或称Ner
4、nstNernst电位。电位。 2. 安静时细时细 胞膜对对离子的相对对通透性 通透性：K+ Cl- Na+ A- 细胞膜外 细胞膜内 比例 膜通透性 Na+ 142 mmol/L 14 mmol/L 10:1 很小 K+ 5 mmol/L 155 mmol/L 1:31 最大 Cl- 110 mmol/L 8 mmol/L 14:1 次之 A- 15 mmol/L 60 mmol/L 4:1 无 细胞膜中存在持续开放的非门控钾通道- 如神经细胞膜中的钾漏通道 Na+ A- K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Cl- Cl- Cl-
5、 Cl- A- A- A- A- A- K+ Na+ Na+ EXTRO Intro K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ A- K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ 静息电位产生机制 静息电位的产生的条件静息电位的产生的条件 v细胞膜两侧离子分布不均衡，存在浓度差 v膜对离子通透性不同 静息电位产生机制 3. 钠泵的生电作用 钠泵除了维持细胞膜两侧Na+ 和K+浓度差外， 同时具有生电作用。 影响静息电位水平的因素：影响静息电位水平的因素： 胞外胞外K K + + 浓度：浓度：KK + + O O EE K K RPRP 膜对膜对K K + + 和和NaNa + + 的相
6、对通透性：的相对通透性： g gK K RP(RP(更趋向于更趋向于E E K K ) ) g g NaNaRP( RP(更趋向于更趋向于E ENa Na ) ) 钠钠- -钾泵的活动水平钾泵的活动水平 动作动作电位电位 动动作电位（Action Potential, AP）细胞在静息电 位基础上接受有效刺激后，产生的一个迅速的、 可向远处传播的膜电位波动。 AP实验现象： 动作动作电位（电位（APAP）的产生机制的产生机制 内向电流：正离子内流（负离子外流） 外向电流：正离子外流（负离子内流） 1. 1. 电化学驱动力及其变化电化学驱动力及其变化 根据平衡电位定义：电化学驱动力根据平衡电位定
7、义：电化学驱动力=E=Em m E E x x 若：静息电位若：静息电位E Em m= = 70mV, E70mV, ENa Na=+60mV, E =+60mV, E K K = =90mV90mV 那么那么, , NaNa + + 受到的电化学驱动力为：受到的电化学驱动力为： E Em m E ENa Na= = 70mV 70mV (+60mV) = (+60mV) = 130mV130mV K K + + 受到的电化学驱动力为受到的电化学驱动力为： E Em m E E K K = = 70mV 70mV ( (90mV) = +20mV90mV) = +20mV 静息状态下，静息状态
8、下，NaNa + + 受到的内向驱动力明显受到的内向驱动力明显大于大于 K K+ + 的外向驱动力的外向驱动力 若：当膜电位若：当膜电位E Em m在 在+30mV+30mV超射水平时，膜对超射水平时，膜对Na Na + + 和和K K + + 的的 驱动力分别为：驱动力分别为： NaNa + + 的电化学驱动力的电化学驱动力为：为： E Em m E ENa Na= +30mV = +30mV (+60mV) = (+60mV) = 30mV30mV K K + + 的电化学驱动力的电化学驱动力为：为： E Em m E E K K = +30mV = +30mV ( (90mV) = +1
9、20mV90mV) = +120mV 即：即：当膜电位向当膜电位向NaNa + + 平衡电位方向变化（去极平衡电位方向变化（去极 化）时，化）时，NaNa + + 内向驱动力逐渐减小，内向驱动力逐渐减小，K K + + 外向驱动外向驱动 力则逐渐增大。力则逐渐增大。 当细胞受到刺激 细胞膜上少量Na+通道激活而开放 Na+少量内流膜内外电位差局部电位 当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放 Na+引迅速大量内流，形成很强的内向电流再生式内流 膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支：去极化期） Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放 K在强大电化学驱动力的作用下K迅速外流 膜内电
10、位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支：复极化期） Na+i、K+O激活Na+K+泵 Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位 AP的产生机制 上升支：Na+内流 下降支：K+外流 后电位：Na+-K+泵的活动 AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的(Na泵活动) Na+内流 (正反馈) K+外流 Na+平衡电位 Na+泵活动 刺激 Na+缓慢内流 *AP产生机制小结 K+平衡电位 (静息电位) 神经纤维、骨骼肌细胞及心肌细胞生物电的特点有哪些 细细胞类类型神经纤维细经纤维细 胞骨骼肌细细胞心肌细细胞 生物电特点 在生物内单向传导， 体外也可双向传导， 有髓鞘的神经纤维 跨
11、郎飞结传导 ，无髓鞘 纤维直接沿纤维传 导 施加刺激出现的终板 电位，不施加刺激出 现的微终板电位 静息电位：稳定，为 -80-90mV 动作电位：全或无， 不能在频率上叠加， 分0、1、2、3、4期 随刺激强度增大，腓肠肌收缩幅度增大，其生理机制是什么？ 刺激(stimulus)细胞所处外环境的变化，包括物理、化 学和生物等性质的变化 刺激强度 刺激持续时间 刺激的参数 阈强度(threshold intensity)或阈值(threshold value) 能使细胞产生动作电位的最小刺激强度 阈刺激(threshold stimulus)相当于阈强度的刺激 阈上刺激大于阈强度的刺激 阈下刺
12、激小于阈强度的刺激 第一种阈刺激，刺激时间不变，刚能引起部分神经纤维兴奋，并使所支配的 肌肉收缩 第二种阈上刺激，刺激强度超过阈强度并不断增加，较多神经纤维兴奋肌肉 的收缩反应也逐渐增强， 第三种最大刺激，刺激强度增大到某值时，所有神经纤维均兴奋，肌肉收缩 幅度达到最大 第四种阈下刺激，刺激强度并未达到细胞产生动作电位产生的最小刺激强度 ，即未达到阈强度 随刺激频率增加腓肠肌收缩发生叠加，出现符合收缩，其 机制是什么？心机能否出现复合收缩为什么？ 兴奋性及其变化 1. 兴奋性（excitabilityexcitability）的概念 机体的组织或细胞接受刺激后发生反应（功能 活动改变）的能力或
13、特性 反应的两种基本表现形式 兴奋（excitation）：人体或组织接受刺激后由静息 状态变为活动状态，或活动由弱增强 抑制（inhibition）：人体或组织接受刺激后由活动 状态变为静息状态，或活动由强弱减 可兴奋细胞：指在受刺激后能产生动作电位的细胞。 神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞 。 2. 细胞兴奋后兴奋性的变化 n绝对不应期： 兴奋发生后最初一段时间，细胞兴奋性为零。 相当于动作电位峰电位持续时间：钠/钙通道失活 n相对不应期： 绝对不应期之后，兴奋性逐渐恢复，阈上刺激可发生兴奋 相当于负后电位的前半段：失活的钠/钙通道开始复活。 n超常期： 兴奋性轻度增高，阈下刺激可
14、引发兴奋。 相当于负后电位的后半段：失活的钠/钙通道已基本复活 n低常期： 超长期后，兴奋性轻度降低，阈上刺激才可引发动作电位 相当于动作电位的正后电位时段，超极化期。 细胞兴奋后兴奋性的变化 分 期 兴奋性 机 制 绝对不应期 降至零 钠通道失活 相对不应期 渐恢复 通道部分恢复 超常期 正常 通道大部恢复 低常期 正常 内电位呈超极化 频率总和：指提高骨骼肌收缩频率而产生的叠加效应。若后一次收 缩过程叠加在前一次收缩过程的舒张期，所产生的收缩总和称为不 完全强直收缩；若后一次收缩过程的收缩期，所产生的收缩总和称 为完全强直收缩。 心肌不能发生复合收缩 因为心肌的有效不应期很长一直延迟到舒张期开始 细胞生物电与细胞兴奋性的关系怎样? ab: 绝对不应期 bc: 相对不应期 cd: 超常期 de: 低常期
