《医学生理学：Physiology (introduction and cell physiology) 201602》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学生理学：Physiology (introduction and cell physiology) 201602（160页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、医学生理学绪论医学生理学绪论INTRODUCTION TO MEDICAL PHYSIOLOGY学习目标学习目标u 什么是生理学？什么是生理学？u 生理学的几个核心概念生理学的几个核心概念 内环境内环境 (internal environment) 稳态稳态 (homeostasis) 反馈控制反馈控制 (feedback control)u 怎样学习生理学？怎样学习生理学？ 生生物物体体及及其其组组成成部部分分的的各各种种生生命命活活动动的的现象、规律和机制。现象、规律和机制。 Biomolecules Molecular Physiology CellCell Physiology Tis
2、sueTissue Physiology OrganOrgan Physiology System System Physiology OrganismIntegrative Physiology什么是生理学？什么是生理学？医学生理学的历史医学生理学的历史1628年年 英国医生英国医生William Harvery发表发表心与血的运动心与血的运动, 确立了生理学的科学地位；确立了生理学的科学地位；19-20世纪世纪 生理学蓬勃发展时期，衍生生理学蓬勃发展时期，衍生出生物化学、神经生物学、病理生理学等学出生物化学、神经生物学、病理生理学等学科科; Nobel Prize in Physiolog
3、y & Medicine;1926年年 协和医学院协和医学院林可胜林可胜创建了中国生理创建了中国生理学会；出版学会；出版Chinese Journal of Physiology;我国著名生理学家：我国著名生理学家：吴襄、蔡翘、张香桐吴襄、蔡翘、张香桐等。等。William Harvey, De Motu Cordis (On The motion of Heart and Blood), 1628 生理学是一门实验科学生理学是一门实验科学生命活动的现象生命活动的现象 机制机制回答：回答： What ? Where? When ? Which ? Why ? How?(phenomenon m
4、echanism)生物机体生命活动的规律与原理生物机体生命活动的规律与原理还原论的研究思路还原论的研究思路(Reductionism)u将复杂的事物分解为许多简单的成分将复杂的事物分解为许多简单的成分 整体整体 (whole body)器官器官 (organs)细胞和细胞器细胞和细胞器 (cells and organelles)分子分子 (molecules)基因基因 (genes molecular biology) 人类基因组计划与后基因组时代人类基因组计划与后基因组时代Human Genome Project & The post-genomic erau 大量基因的功能尚不明了；大量
5、基因的功能尚不明了；u科学家的任务：认识各个基因的功能科学家的任务：认识各个基因的功能(From genome to function)；u生理基因组学生理基因组学(Physiological genomics): to step back up the reductionistic road and achieve an integrated understanding of the genes function at different levels Integrative Physiology(整合生理整合生理学学), Translational Research (Medicine),
6、 System Biology分分工工协作协作依存依存“If we break up a living organism by isolating its different parts it is only for the sake of ease in analysis and by no means in order to conceive them separately. Indeed when we wish to ascribe to a physiological quality its value and true significance, we must always re
7、fer it to this whole and draw our final conclusions only in relation to its effects in the whole.”Claude BernardThe microbiota, coined as “The Second You”, exerts profound impacts on health and disease.生理学对医学生的重要性生理学对医学生的重要性u是一门基础医学的是一门基础医学的核心课程；核心课程；u掌握生命活动的现象、规律和机制掌握生命活动的现象、规律和机制是理解是理解疾病的疾病的发生机制、发
8、展过程和开展有效防发生机制、发展过程和开展有效防治的治的必要基础必要基础；u学习科学思维方法学习科学思维方法: 还原论和整合的思路还原论和整合的思路u培养创新意识和创新能力；培养创新意识和创新能力；Nobel Prize for Physiology or MedicineClinical sciencesBasic medical sciencesMedical sciencesuClaude Bernard (1878): 生物机体生活在两种环境中生物机体生活在两种环境中 Milieu extrieur (external environment) Milieu intrieur (int
9、ernal environment): A well-controlled liquid environment 细胞外液细胞外液 (Extracellular fluid)Internal environment and homeostasis(机体内环境与内稳态）机体内环境与内稳态）细胞内液细胞内液(intracellular fluid)占体重占体重40 细胞外液细胞外液(extracellular fluid)占体重占体重20 机体内环境机体内环境组织液组织液: 约占体重约占体重15 血血 浆浆: 约占体重约占体重5 淋巴液淋巴液: 少量少量胸膜腔、脑脊腔及关节腔内液体胸膜腔、脑脊腔及
10、关节腔内液体细胞内液细胞内液细胞外液细胞外液K+Na+Ca2+Cl-HCO3-140 mM15 mM10-7 M20 mM14 mM4 mM145 mM10-3 M120 mM24 mM内环境的稳定内环境的稳定(内稳态内稳态, homeostasis)uClaude Bernard: The constancy of the internal environment (extracellular fluid) is the condition of free, independent (normal) life;uThe normal activities of all organ syste
11、ms create and maintain a constant internal environment.稳态稳态 Homeostasis美国生理学家美国生理学家Walter Cannon对对 内稳态的定义内稳态的定义机体内环境的各种成分和理化性质机体内环境的各种成分和理化性质(各种生理各种生理参数参数/指标，如全身血量、血压、各种物质在指标，如全身血量、血压、各种物质在血浆中的浓度、体温等等）都保持相对稳定血浆中的浓度、体温等等）都保持相对稳定(在很小的范围内波动在很小的范围内波动) ；稳态是各器官、细胞维持正常活动和功能的稳态是各器官、细胞维持正常活动和功能的必要条件；必要条件；稳态是
12、各器官、细胞正常活动的结果；稳态是各器官、细胞正常活动的结果；稳态的概念稳态的概念 内环境的理、化因素内环境的理、化因素(?)保持保持相对稳定相对稳定的状态。的状态。稳态的含义稳态的含义 细胞外液的理、化因素在一定水平上恒定的；细胞外液的理、化因素在一定水平上恒定的； 这这个个恒恒定定状状态态并并不不是是固固定定不不变变的的，是是一一个个动动态平衡，在微小波动中保持相对恒定。态平衡，在微小波动中保持相对恒定。 稳态的概念已经扩展到各个水平的生理活动。稳态的概念已经扩展到各个水平的生理活动。稳态的意义稳态的意义 维维持持细细胞胞、器器官官、系系统统乃乃至至整整体体的的正正常常功功能能及及生命活动
13、的必要条件。生命活动的必要条件。稳态的实现稳态的实现 在在神神经经体体液液机机制制调调节节下下，通通过过各各器器官官系系统统的的协协调活动而实现的。调活动而实现的。 人体生理功能的调节人体生理功能的调节 Regulation of body functionsu神经调节神经调节 (Neural regulation)u体液调节体液调节 (Humoral regulation)u自身调节自身调节 (Autoregulation) Neural regulation Reflex Reflex arc Fast, localized, precise & coordinatedFast, loca
14、lized, precise & coordinatedHumoral regulation by hormones (or regulation by immune and endocrine system) Endocrine Paracrine Autocrine Neuroendocrine Slow, widespread, sustained Auto-regulation Independent of nerve and hormones localized, limited, low sensitivity eg: cerebral and renal blood flow人体
15、的控制系人体的控制系统（Control systems）Non-automatic controlFeed-back control Positive feedbackregenerative eg: sodium influx through NaV Negative feedbackhomeostasis eg: HPA axisFeed-forward control eg: digestive juice secretionPhysiological activityEffectorControllerReceptorsset pointresetting+-Receptorcompa
16、ratorSet point怎样学好生理学？怎样学好生理学？u正确的动力正确的动力 Why learn physiology ?u培养兴趣培养兴趣 Love of science & curiosity u掌握基本原理掌握基本原理 Core principles & fundamental knowledgeu有意义地学习有意义地学习 Meaningful learning (Reasoning, understanding & connecting)u主动地学习主动地学习 Active learning (自学、听课、自学、听课、提问提问)推荐参考书Chapter 2 Cell Physio
17、logy物质的跨膜转运物质的跨膜转运细胞膜的信号转导细胞膜的信号转导功能功能细胞的兴奋性与生细胞的兴奋性与生物电现象物电现象肌肉收缩肌肉收缩1665年，年，Hooke用自制的显微镜观察软木用自制的显微镜观察软木的薄片是由许多类似蜂巢的小室组成（细的薄片是由许多类似蜂巢的小室组成（细胞壁），这些小室用拉丁文命名为胞壁），这些小室用拉丁文命名为cellar，后来用英文的后来用英文的cell 表示细胞表示细胞;1838年，德国学者年，德国学者Schleiden和和Schwann创创立了细胞学说立了细胞学说被恩格斯誉为是被恩格斯誉为是19世纪世纪自然科学的三大发现之一自然科学的三大发现之一 ;1925
18、年，生物学大师年，生物学大师Wilson提出：提出：“一切一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找生命的关键问题都要到细胞中去寻找”Transport across cell membrane磷脂双层的磷脂双层的屏障作用屏障作用Passive transportActive transportEndocytosis and exocytosis扩散与渗透、主动转运1. Passive transport (被动转运被动转运)Transport down chemical & electrical gradients across membrane by: Simple diffusion Faci
19、litated diffusion Carriers(载体载体) or transporters(转运体转运体) Ion channels单纯扩散单纯扩散(simple diffusion) (1)概念概念:一些脂溶性物质从高浓度一侧向低浓度一一些脂溶性物质从高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。侧移动的过程。COCO2 2 i i COCO2 2 o oOO2 2 o o OO2 2 i i(2)特点特点: 扩散速率高扩散速率高 无饱和性无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助” 不需另外消耗能量不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相扩散量与浓度梯度、温度和
20、膜通透性呈正相关关。(3)转运的物质：转运的物质： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类固醇类激素类激素 等少数几种。等少数几种。 生物膜对生物膜对H2O具高度通透性，具高度通透性，H2O除单纯扩散外，除单纯扩散外，还可通过还可通过水通道水通道跨膜转运。跨膜转运。易化扩散易化扩散(facilitated diffusion) 概念概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质，在膜蛋一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质，在膜蛋白质的白质的“帮助帮助”下顺电下顺电化学梯度跨膜移动的过程。化学梯度跨膜移动的过程。 分类分类: 经载体的易化扩散经载体的易化扩散 经通道的
21、易化扩散经通道的易化扩散载体载体(carrier)转运体转运体(transporter)（1）经载体的易化扩散）经载体的易化扩散:葡萄糖、氨基酸等小葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质经载体蛋白顺浓度梯度跨膜转运分子亲水物质经载体蛋白顺浓度梯度跨膜转运的过程。的过程。特点特点: 需依靠载体的需依靠载体的“帮助帮助”； 顺浓度梯度，转运速度快，不另外消耗能量；顺浓度梯度，转运速度快，不另外消耗能量； 选择性：选择性：载体蛋白结合位点与被转运物质的结合载体蛋白结合位点与被转运物质的结合有特异性有特异性, 如葡萄糖转运体、如葡萄糖转运体、5-HT转运体转运体(SERT)等等; 饱和性饱和性: 载体和载体结
22、合位点是有限的载体和载体结合位点是有限的; 竞争性抑制竞争性抑制 （2）经通道的易化扩散：）经通道的易化扩散：带电离子经离子通道带电离子经离子通道(ion channel)顺电顺电-化学梯度跨膜扩散的过程化学梯度跨膜扩散的过程KK+ + i i KK+ + o oNaNa+ + o o NaNa+ + i i特点特点:需依靠通道蛋白；需依靠通道蛋白；顺电顺电-化学梯度，转运速度极快，不另外消耗能量；化学梯度，转运速度极快，不另外消耗能量；离子选择性：离子选择性：Na+通道、通道、K+通道、通道、Ca2+通道、阳离子通道、阴通道、阳离子通道、阴离子通道等；离子通道等；门控门控(Gating)：通
23、道内有一或两个闸门样的结构，控制通道：通道内有一或两个闸门样的结构，控制通道的开放或关闭。的开放或关闭。 电压门控性通道电压门控性通道：通道的开闭受膜两侧的电位差控制。如通道的开闭受膜两侧的电位差控制。如Nav、Kv等；有三种状态等；有三种状态开放（激活）、关闭和失活。开放（激活）、关闭和失活。 配体门控性通道配体门控性通道：通道的开闭受某些化学物质控制，也称通道的开闭受某些化学物质控制，也称化化学门控性通道学门控性通道，通道本身也被称为受体，如，通道本身也被称为受体，如N2型型ACh受体。受体。 细胞外配体门控通道、细胞内配体门控通道细胞外配体门控通道、细胞内配体门控通道 41离子通道离子通
24、道- -具有重要生物学功能的膜蛋白质具有重要生物学功能的膜蛋白质Transport against electrochemical gradients; Primary(direct) active transportion pumpsSecondary(indirect) active transport co-transport 2. Active transport原发性主动转运原发性主动转运离子泵（离子泵（ion pumps) Na+-K+泵泵又称又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵，是哺乳动，简称钠泵，是哺乳动物细胞膜上普遍存在的离子泵。物细胞膜上普遍存在的离子泵。生生理理意意义
25、义：1 1）维维持持细细胞胞内内外外钠钠钾钾的的正正常常分分布布；2 2）建建立立势势能能储储备备，为为其其它它一一些些物物质质转转运运的的提提供供了了动动力力（如如葡葡萄萄糖糖、氨氨基基酸酸的的吸吸收收和和细细胞胞内内H H+ +的的外外排排等等）；3 3）生电性，影响静息电位（使膜超极化）。）生电性，影响静息电位（使膜超极化）。维持维持Na+o高高、K+i高高（离子不均匀分布状态）（离子不均匀分布状态）2K+泵至细胞内泵至细胞内;3Na+泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATP产生能量产生能量当当Na+i/K+o激活激活钠钠- -钾泵钾泵: :其它原发性主动转运形式其它原发性主动转运形式 :钙泵
26、钙泵(Ca2+-Mg2+依赖式依赖式ATP酶酶) 分布在骨骼肌和心肌细胞的肌浆网上分布在骨骼肌和心肌细胞的肌浆网上H+-K+泵泵(质子泵，质子泵，H+-K+依赖式依赖式ATP酶酶) 分布在胃粘膜壁细胞表面分布在胃粘膜壁细胞表面继发性主动转运继发性主动转运(联合转运）联合转运）概念：间接利用概念：间接利用ATP能量的主动转运过程。能量的主动转运过程。 即即逆逆浓浓度度梯梯度度或或逆逆电电位位梯梯度度的的转转运运时时，能能量量非非直直接接来来自自ATP的的分分解解，是是来来自自膜膜两两侧侧Na+差差，而而Na+差差是是Na+-K+泵分解泵分解ATP释放的能量建立的。释放的能量建立的。分类：分类：
27、同向转运（同向转运（symport)：溶质与钠向同一方向的：溶质与钠向同一方向的转运，如肠粘膜上皮吸收葡萄糖的过程；转运，如肠粘膜上皮吸收葡萄糖的过程； 逆向转运（逆向转运（antiport, exchange）：溶质与钠向）：溶质与钠向相反方向的转运，如相反方向的转运，如Na+-Ca+和和Na+-H+交换。交换。Na+葡萄糖葡萄糖同向转运体同向转运体(Na+-glucoseSymporter)3. Exocytosis and endocytosistransport of macromolecules across membrane细胞膜上的受体对物质的细胞膜上的受体对物质的“辨认辨认”发
28、生特异性结合发生特异性结合= =复合物复合物向膜表面的向膜表面的“复衣凹陷复衣凹陷”移动移动“复衣凹陷复衣凹陷”处的膜内陷处的膜内陷凹陷膜与细胞膜断离凹陷膜与细胞膜断离= =吞饮泡吞饮泡吞饮泡内受体与其结合的配体分离吞饮泡内受体与其结合的配体分离入胞入胞(endocytosis):分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向细胞膜内侧移动囊泡向细胞膜内侧移动膜性结构包被膜性结构包被= =分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体囊泡膜与细胞膜的某点接触并融合囊泡膜与细胞膜的某点接触并融合囊泡膜成为细胞膜的组成部分囊泡膜成为细胞膜的组成部分出胞出胞(exocytosis)：粗面内质网合成
29、蛋白性分泌物粗面内质网合成蛋白性分泌物概念概念: : 通过被转运物与膜受体的特异性结合，通过被转运物与膜受体的特异性结合，选择性地促进其进入细胞的一种入胞方式选择性地促进其进入细胞的一种入胞方式 对象对象: :血浆低密度脂蛋白颗粒；结合铁离子的血浆低密度脂蛋白颗粒；结合铁离子的运铁蛋白；结合维生素运铁蛋白；结合维生素B B1212的特殊运输蛋白；多的特殊运输蛋白；多种生长调节因子、胰岛素等一部分多肽类激素；种生长调节因子、胰岛素等一部分多肽类激素；抗体和某些细菌毒素及病毒。抗体和某些细菌毒素及病毒。受体介导式入胞受体介导式入胞Intercellular communication & sign
30、al transduction via chemical messengers Endocrine Paracrine Autocrine Synapse via gap junction Gap Junction Hormones Cytokines Transmitters Bioamines peptides amino acids nucleotides lipid metabolites steroids gasesChemical messengers (mediators)Membrane or intracellular receptors in target cellsAlt
31、eration in cell function Excitatory/inhibitory Rapid/slowMajor signal transduction pathwaysIonotropic receptorsMetabotropic receptorsPhosphorylation of Transcription factorscAMP信号通路信号通路cAMP信号通路信号通路三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油和二酰甘油(DAG)信号通路信号通路激素、递质激素、递质（第一信使）（第一信使）激活磷脂酶激活磷脂酶C(PLC)PIP2(第二信使）第二信使）IP3 和和 DAG激激
32、 活活蛋白激酶蛋白激酶C内质网内质网释放释放Ca2+激活兴奋性激活兴奋性G蛋白蛋白(a与与、亚单位分离亚单位分离)细胞内生物效应细胞内生物效应结合结合GPCR受体酪氨酸激酶信号通路受体酪氨酸激酶信号通路核受体信号通路核受体信号通路Main messages1. The phenomenon & the principles of bioelectricity;2. The importance of bioelectricity in life;3. Ion channels drive animal electricity & life; 4. Dysfunction of ion chan
33、nels may lead to diseases; ion channels are important therapeutic targets.细胞的电活动细胞的电活动Electrical activity of living cells Luigi Galvani (1737-1798)History 电鳗、电鳐等有放电现象。电鳗、电鳐等有放电现象。 18世纪末世纪末（1790-1791）, Luigi Galvani 发现发现: 金属金属蛙腿蛙腿 M收缩收缩 N,M生生电电 Bioelectricity & Electrophysiology Volta认为是金属电流，非生认为是金属电
34、流，非生物电流物电流创立金属接触电动势创立金属接触电动势理论理论, 发明发明Volta电池电池.Bioelectricity膜电位（膜电位（membrane potential, Vm)静息电位（静息电位（resting potential, RP)动作电位（动作电位（action potential, AP)极化状态极化状态去极化（去极化（depolarization)超极化（超极化（hyperpolarization)复极化（复极化（repolarization)If : Vm=-100 mV, thickness of plasma membrane=4nmThen: electric
35、field250,000V/cmThe plasma membrane mimics a miniature battery. Energy is used to: 1) drives transmembrane transport; 2) signaling：神经、肌肉、腺体等：神经、肌肉、腺体等一、细胞电活动的现象一、细胞电活动的现象Absorption of glucose & amino acids in the intestine脂脂质质双双分分子子层层细胞膜糖细胞膜糖类类细胞膜蛋白细胞膜蛋白质质疏水疏水基团基团亲亲水水基基团团细胞膜的被动电学特性细胞膜的被动电学特性(Passive
36、 electrical properties)并联的阻并联的阻-容耦合电路容耦合电路膜电容膜电容(membrane capacitance, Cm) 膜脂质双层（绝缘）膜脂质双层（绝缘）一个平行板电容器一个平行板电容器, 膜电容大，膜电容大，约约1F/cm2膜电阻膜电阻(membrane resistance, Rm) 取决于离子通道密度与状态取决于离子通道密度与状态，约，约103/cm2，用，用膜电膜电导导(G=1/Rm)表示表示. 轴向电阻轴向电阻(Ri) 取决于胞质液及细胞直径，取决于胞质液及细胞直径，Ri=1/D 电紧张电位电紧张电位Electrotonic potential局部电位
37、局部电位Local potential二、静息电位及其产生机制二、静息电位及其产生机制Definition: transmembrane potential at rest Neurons -60mV Skeletal and cardiac muscles, -90 mV Erythrocytes -9 mVIonic basis of resting potential 1) Unequal distribution of ions across membrane 2) Selective permeability of membrane 3) Na+ pump（一）静息电位（一）静息电位
38、（The resting potential, RP）(1) Unequal distribution of ions across the plasma membrane due to primary and secondary active transportIonIntracellularExtracellularK+Na+Ca2+Cl-HCO3-140 mM15 mM10-7 M20 mM14 mM4 mM145 mM10-3 M120 mM24 mMPlasma membrane磷脂双层的磷脂双层的屏障作用屏障作用GatedNon-gatedIonIntracellularExtra
39、cellularK+Na+Ca2+Cl-HCO3-140 mM15 mM10-7 M20 mM14 mM4 mM145 mM10-3 M120 mM24 mMPlasma membrane(2) Selective permeability of plasma membrane account for the resting membrane potentialIntracellularK+i=K+oExtracellular通透膜通透膜顺浓度梯度顺浓度梯度Scenario A化学势能化学势能(驱动力）驱动力）=RTlnK+iK+oR=gas constant; T=temperatureKC
40、l 100 mMKCl 10 mMK+Cl-Intracellular ExtracellularExtracellularIntracellular顺浓度梯度顺浓度梯度驱动力驱动力=浓度梯度浓度梯度+电位梯度电位梯度Scenario B化学化学(浓度浓度)势能势能=RTlnK+iK+o电位势能电位势能=zF(Ei-Eo)Z,离子化合价；离子化合价；F，法拉弟常数，法拉弟常数电化学驱动力电化学驱动力=RTlnK+iK+o+ zF(Ei-Eo)KCl 100 mMKCl 10 mMK+Cl-选择性选择性(K+)通透膜通透膜XKCl 100 mMKCl 10 mMK+-+顺浓度梯度顺浓度梯度逆电位
41、梯度逆电位梯度选择性通透膜选择性通透膜Scenario C: 平衡状态平衡状态(equilibrium)电化学驱动力电化学驱动力=RTlnK+iK+o+ zF(Ei-Eo) = 0(Ei-Eo) = -RTzFK+iK+oln= -60K+iK+ologNernst equationEKIntracellular ExtracellularExtracellularIntracellularKCl 100 mMKCl 10 mMK+Cl-XKCl 100 mMKCl 10 mMK+-+顺浓度梯度顺浓度梯度逆电位梯度逆电位梯度平衡电位平衡电位Equilibrium potentialThe Ne
42、rnst equation predicts the electrical potential difference (ie, the membrane potential, Vm) required to balance the concentration potential difference (ie, the equilibrium potential) of an ion across the membraneEquilibrium potential of X+(离子的平衡电位离子的平衡电位)Ex= -60X+iX+olog当膜电位当膜电位= =某离子的平衡电位时，该离子的跨膜驱动
43、力某离子的平衡电位时，该离子的跨膜驱动力=0=0静息状态下静息状态下Na+的驱动力：的驱动力： VmENa=-70mV-(+60mV)=-130mV 静息状态下静息状态下K+的驱动力：的驱动力： VmEK=70mV(90mV)=+20mV电化学驱动力电化学驱动力=Vm-E离子离子 *动力为负值时：推动正电荷流入胞动力为负值时：推动正电荷流入胞(内向电内向电流流 inward current,如如Na+,Ca2+内流内流) *动力为正值时：推动正电荷出胞动力为正值时：推动正电荷出胞(外向电流外向电流outward current,如如K+外流外流,Cl-内流内流)Ex= -60X+iX+olog
44、Experimental evidence that “selective potassium permeability account for resting membrane potential”Paul HorowizAlan HodgkinIon substitution experiments in frog muscle preparation:SO42-Cl-Vm unalteredNa+ K+ Vm alteredHowever, resting membrane potential is close but not equal to EK, due to permeabili
45、ty to other ions事实上，细胞膜对事实上，细胞膜对Na+、K+、Cl-都是可通透的，膜电位都是可通透的，膜电位取决于膜对这些离子的相对通透性；膜对取决于膜对这些离子的相对通透性；膜对K+ 和和Na+的的相对通透性成为膜电位的主要决定因素。相对通透性成为膜电位的主要决定因素。因因PNaPK，所以膜电位接近，所以膜电位接近EK细胞未受刺激（安静）时：细胞未受刺激（安静）时：Conductance (g)=permeability(P)(3) Na+-K+-ATPase contributes to resting membrane potentialThe activity of N
46、a+-K+-ATPase maintains ion gradients across the membrane;The work of Na+-K+-ATPase is electrogenic, which hyperpolarizes the membrane. smooth muscles up to 20 mV; skeletal muscles and nerves, 5 mV总结：静息电位的原理总结：静息电位的原理离子在细胞膜两侧的不均匀分布：离子在细胞膜两侧的不均匀分布： 离子有顺浓度和电位梯度（电化学梯度）流离子有顺浓度和电位梯度（电化学梯度）流动的趋势动的趋势静息状态时，细
47、胞膜对静息状态时，细胞膜对K+ 的通透性高（一些的通透性高（一些K+通通道开放）道开放）细胞膜上有较多细胞膜上有较多non-gated钾通道开放钾通道开放 K+顺浓度梯度外流，造成膜内负电位状态顺浓度梯度外流，造成膜内负电位状态钠泵维持离子在膜两侧的不均匀分布状态，同时钠泵维持离子在膜两侧的不均匀分布状态，同时钠泵活动可使膜一定程度的超极化钠泵活动可使膜一定程度的超极化 Consider: What if changes occur in K+ in a patients extracellular fluid? Hypokalemia or Hyperkalemia三、动作电位及其产生机制三
48、、动作电位及其产生机制1. 概概 念：念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的息电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可并可向周围扩布的电位波动。向周围扩布的电位波动。+200-90mV0200Time (ms)Action potentials of a nerve fiber, a cardiomyocyte & a cardiac pace-maker cell2. 动作电位的产生机制动作电位的产生机制(1) 阈下刺激导致局部膜电位变化（局部反应）阈下刺激导致局部膜电位变化（局部反应）Stimulation:Electrical s
49、timulation;Excitatory postsynapitic potentialEnd-plate potentialGenerator potential局部反应局部反应概念概念：刺激引起的低刺激引起的低于阈电位的去于阈电位的去极化（即极化（即局部局部电位电位），引起），引起少量钠通道激少量钠通道激活，称活，称局部反局部反应应或或局部兴奋局部兴奋。特征特征: : 不具有不具有“全或无全或无”现象。其幅值可现象。其幅值可随刺激强度的增加随刺激强度的增加而增大。而增大。 电紧张方式扩布电紧张方式扩布, ,其幅值随着传播距其幅值随着传播距离的增加而减小。离的增加而减小。 具有总和效应：具
50、有总和效应：时间性和空间性总时间性和空间性总和。和。 AP上升支上升支AP下降支下降支(2) 局部反应引起局部反应引起Na+、K+ 通道状态改变引起快通道状态改变引起快速去极化继而复极化速去极化继而复极化（1）离子替换实验）离子替换实验枪乌贼巨轴突（枪乌贼巨轴突（Squid giant axon)；玻璃电极作记录：玻璃电极作记录：1950s, Hodgkin & Huxley对对AP产产生机制的证明（生机制的证明（Nobel Prize, 1963)动作电位的幅度、去极化的速度随细胞外动作电位的幅度、去极化的速度随细胞外Na+浓度的降低而减小、减慢浓度的降低而减小、减慢逐步降低细胞外逐步降低细
51、胞外Na+浓度浓度（2）Voltage clamp（电压钳）（电压钳）电压钳电压钳(voltage clamp)原理原理细胞受去极化刺激时，引起哪种离子跨膜流动？细胞受去极化刺激时，引起哪种离子跨膜流动？内向电流内向电流(Na+电流电流)外向电流外向电流(K+电流电流)电压钳记录到的两种电压钳记录到的两种电压依赖性电压依赖性离子通道电流离子通道电流Hodgkin & Huxley (H-H) model(m-gate)(h-gate)Erwin NeherBert Sakmann 1976-1981 发明膜片钳技术发明膜片钳技术 1991 诺贝尔生理或医学奖诺贝尔生理或医学奖 Patch cl
52、amp（膜片钳）（膜片钳）A pipette patching onto a pyramidal cell somaA pipette patching onto a cell soma whilst another pumps something (!?) onto a dendrite钠通道由钠通道由、1和和2亚基组成亚基组成每个亚基都由每个亚基都由4个结构域组成个结构域组成每个结构域内的多肽链跨膜每个结构域内的多肽链跨膜6次，其中的第四个跨膜段次，其中的第四个跨膜段(S4)为电压感受器为电压感受器Na+通道通道当细胞受到去化极刺激当细胞受到去化极刺激细胞膜上少量细胞膜上少量Na+通道激活
53、而开放通道激活而开放Na+顺浓度差少量内流顺浓度差少量内流膜内外电位差膜内外电位差当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放通道大量开放Na+顺电化学梯度大量内流顺电化学梯度大量内流（再生式内流）（再生式内流） Na+i、K+O激活激活Na+K+泵泵膜内负电位减小到零并变为正电位（膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支上升支）Na+通道关通道关Na+内流停内流停+同时同时K+通道激活而开放通道激活而开放K顺电化学梯度顺电化学梯度迅速外流迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（水平（AP下降支下降支）Na+泵出、泵出、K+泵回，泵回， 离子恢复
54、到兴奋前水平离子恢复到兴奋前水平后电位后电位局部反应局部反应电紧张电位电紧张电位动作电位动作电位（全或无、不衰减）（全或无、不衰减）总结总结3. 动作电位的特点与产生条件动作电位的特点与产生条件(1) 特点特点 全或无全或无“All-or-None”; 不衰减性传导：不衰减性传导： 局部电流与跳跃式传导局部电流与跳跃式传导 不应期不应期(2) 产生条件产生条件 刺激强度刺激强度 Na+通道密度与状态通道密度与状态动作电位传导动作电位传导 (conduction)传导机制传导机制 局部电流学说局部电流学说 (local current)有髓纤维的跳跃式传导有髓纤维的跳跃式传导 （saltator
55、y conduction） 意义：意义： 1）提高传导速度）提高传导速度 2）减少能量消耗）减少能量消耗+200-90mV0200Time (ms)Action potentials of a nerve fiber, a cardiomyocyte & a cardiac pace-maker cell1. 兴奋和可兴奋细胞兴奋和可兴奋细胞 兴奋（兴奋（excitation）：在现代生理学中，兴奋就是）：在现代生理学中，兴奋就是动作电位或动作电位的产生过程。动作电位或动作电位的产生过程。可兴奋细胞（可兴奋细胞（excitable cell）：生理学将神经细胞、）：生理学将神经细胞、肌细胞和部
56、分腺细胞，称为可兴奋细胞。肌细胞和部分腺细胞，称为可兴奋细胞。* 可兴奋细胞的共同特征：产生动作电位。可兴奋细胞的共同特征：产生动作电位。四、组织的兴奋和兴奋性四、组织的兴奋和兴奋性2. 细胞（或组织）的兴奋性细胞（或组织）的兴奋性 兴奋性（兴奋性（excitability）：可兴奋细胞接受刺）：可兴奋细胞接受刺激产生动作电位的能力或特性。激产生动作电位的能力或特性。 衡量组织兴奋性高低的指标衡量组织兴奋性高低的指标阈强度阈强度(阈值阈值)阈强度阈强度(threshold intensity)：将刺激时间和强：将刺激时间和强度度/时间变化率固定后，能使组织发生兴奋的时间变化率固定后，能使组织发
57、生兴奋的最小刺激强度，也称阈值（最小刺激强度，也称阈值（threshold value） 。 兴奋性兴奋性=1/阈值阈值组织兴奋后兴奋性的变化：组织兴奋后兴奋性的变化： 1）绝对不应期）绝对不应期(absolute refractory period, ARP） 2）相对不应期（）相对不应期（relative refractory period, RRP） 3）超常期（）超常期（supranormal period， SP） 4）低常期）低常期（subnormal period）记录记录膜电位膜电位兴奋性兴奋性绝对不应期绝对不应期（钠通道失活）（钠通道失活）相对不应期相对不应期（钠通道部分恢复
58、）（钠通道部分恢复）超常期超常期（钠通道大部恢复、膜电位接近阈电位）（钠通道大部恢复、膜电位接近阈电位）低常期低常期（膜内电位呈超极化膜内电位呈超极化）阈电位阈电位记录记录细胞兴奋后兴奋性发生变化的机制细胞兴奋后兴奋性发生变化的机制 主要与钠通道的功能状态有关主要与钠通道的功能状态有关肌细胞的收缩肌细胞的收缩Contraction of Muscle Cell Functions:1)Interactions with the external environment;2) Production of body heat( (肌束肌束) )( (肌纤维肌纤维/ /肌细胞肌细胞) )( (肌原纤
59、维肌原纤维) )( (肌节肌节/ /肌小节肌小节) )( (肌丝肌丝) )一、横纹肌的收缩与舒张一、横纹肌的收缩与舒张 （一）骨骼肌神经（一）骨骼肌神经-肌接头的传递肌接头的传递1. 神经神经-肌接头（肌接头（NMJ）微细结构）微细结构 接头前膜接头前膜（pre-junctional membrane） 接头后膜或终板膜接头后膜或终板膜（endplate membrane） 接头间隙接头间隙（junctional cleft） 2. 神经肌接头（神经肌接头（NMJ）兴奋传递的机制）兴奋传递的机制* Activation of ACh-gated ion channel (nAChR) resu
60、lts in End-Plate Potential(EPP)神经肌接头传递（电神经肌接头传递（电-化学化学-电过程）电过程）神经冲动到达末梢，接头前膜去极化神经冲动到达末梢，接头前膜去极化电压门控电压门控Ca2通道开放、通道开放、Ca2内流内流囊泡向接头前膜移动、融合、囊泡向接头前膜移动、融合、破裂，破裂，ACh释放至接头间隙释放至接头间隙ACh与终板膜与终板膜N2受体结合、受体结合、膜对膜对Na和和K通透性通透性Na内流使终板膜去极化内流使终板膜去极化EPPEPP电紧张性扩布至周围肌膜，使肌膜电紧张性扩布至周围肌膜，使肌膜的膜电位达到阈电位进而爆发动作电位的膜电位达到阈电位进而爆发动作电位
61、AChE胆碱、胆碱、乙酸乙酸 3. NMJ兴奋传递的特征兴奋传递的特征: （1）是电）是电-化学化学-电的过程：电的过程：N末梢末梢APACh受体受体EPP肌膜肌膜AP （2）具）具1对对1的关系：的关系： 接接头头前前膜膜传传来来一一个个AP，便便能能引引起起肌肌细细胞胞兴兴奋奋和和收收缩缩一一次次(因因每每次次ACh释释放放的的量量，产产生生的的EPP是是引引起起肌肌膜膜AP所需阈值的所需阈值的3-4倍倍)。Quantal release(量子释放量子释放) 神神经经末末梢梢的的一一次次AP只只能能引引起起一一次次肌肌细细胞胞兴兴奋奋和和收收缩缩（因因终终板板膜膜上上含含有有丰丰富富的的胆
62、胆碱碱酯酯酶酶，能能迅迅速速水水解解ACh）。）。 4. 影响影响NMJ兴奋传递的兴奋传递的因素：因素： （1）阻阻断断ACh受受体体：箭箭毒毒(curare)和和银银环环蛇蛇毒毒, 肌肌松松剂剂如如驰驰肌肌碘碘(Flexadil，三碘季胺酚，三碘季胺酚)。 （2）抑抑制制胆胆碱碱酯酯酶酶活活性性：有有机机磷磷农农药，新斯的明，药，新斯的明，Sarin, VX, etc。 （3）自自身身免免疫疫性性疾疾病病：Myasthenia Gravis（抗抗体体破破坏坏ACh受受体体)，Lambert-Eaton syndrome（抗抗体体破破坏坏N末末梢梢Ca2+通道）。通道）。 （4）接接头头前前膜
63、膜ACh释释放放：肉肉毒毒杆杆菌毒素（菌毒素（Botox)。辰山植物园的见血封喉辰山植物园的见血封喉1. 兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联(excitation-contraction coupling)的结构基础的结构基础-横管与肌浆网（纵行小横管与肌浆网（纵行小管）管）（二）横纹肌细胞的兴奋（二）横纹肌细胞的兴奋- -收缩耦联收缩耦联Transverse tubular system：T管管（肌膜在明暗交界处或（肌膜在明暗交界处或Z线附近线附近向内凹陷而成。肌膜动作电位向内凹陷而成。肌膜动作电位可沿可沿T管传导，有管传导，有L型型Ca2+通道）。通道）。Longitudinal tubular
64、system：L管管（也称肌浆网，（也称肌浆网，Sarcoplasmic Reticulum；肌节两端的；肌节两端的L管称管称终终末池末池，富含，富含Ca2+，膜上有膜上有Ryanodine受体，是受体，是Ca2+释放通释放通道道)。 Triad：T管管+终池终池2. 兴奋兴奋-收缩耦联的关键离子收缩耦联的关键离子Ca2+L型钙通道和钙释放通道型钙通道和钙释放通道骨骼肌细胞和心肌细胞的钙释放骨骼肌细胞和心肌细胞的钙释放骨骼肌细胞和心肌细胞的钙回收骨骼肌细胞和心肌细胞的钙回收钙瞬变钙瞬变(calcium transient)引起肌肉的收缩和舒张引起肌肉的收缩和舒张3. 兴奋兴奋-收缩耦联过程收缩
65、耦联过程肌膜电兴奋的传导肌膜电兴奋的传导;肌膜和肌膜和T管上管上L型型Ca2+通道激活通道激活;肌浆网上肌浆网上Ryanodine受体激活，肌浆网受体激活，肌浆网Ca2+释放释放(引起钙瞬变，引起钙瞬变，calcium transient);触发肌丝滑行，肌细胞收缩。触发肌丝滑行，肌细胞收缩。Ryanodine receptor兰尼碱受体兰尼碱受体/雷诺丁受体雷诺丁受体（三）（三） 横纹肌的收缩和舒张过程横纹肌的收缩和舒张过程1. 肌丝的分子组成肌丝的分子组成粗肌丝粗肌丝（thick filament） 肌球蛋白（肌球蛋白（myosin） 横桥（横桥（cross-bridge）细肌丝细肌丝（t
66、hin filament） 肌动蛋白（肌动蛋白（actin) 原肌球蛋白（原肌球蛋白（tropomyosin) 肌钙蛋白（肌钙蛋白（troponin ）2. 横纹肌收缩的原理横纹肌收缩的原理肌丝滑行学说肌丝滑行学说 直接证据直接证据Z lineZ lineM lineA bandH bandThe sliding filament theory 肌细胞收缩时：肌细胞收缩时：相邻相邻Z线靠近，即肌节缩短；线靠近，即肌节缩短；暗带长度不变，即粗肌丝暗带长度不变，即粗肌丝长度不变；长度不变；从从Z线到线到H带边缘的距离不带边缘的距离不变，即细肌丝长度不变变，即细肌丝长度不变;明带和明带和H带变窄。带
67、变窄。 所以肌细胞收缩是肌原纤维所以肌细胞收缩是肌原纤维的缩短的缩短,并不是粗、细肌丝本并不是粗、细肌丝本身缩短身缩短,而是细肌丝向肌节中而是细肌丝向肌节中央央(粗肌丝内粗肌丝内)滑行。滑行。ICT与肌动蛋白结与肌动蛋白结合、抑制肌球合、抑制肌球蛋白与肌动蛋蛋白与肌动蛋白的相互作用白的相互作用与原肌球蛋白与原肌球蛋白结合结合与与Ca2+结合，结合，启动收缩启动收缩troponin3. 肌丝滑行的分子机制肌丝滑行的分子机制Cross-bridge cycle（横桥周期）（横桥周期） 指横桥激活、与肌动蛋白结合、耗能摆动、获能解离、复位指横桥激活、与肌动蛋白结合、耗能摆动、获能解离、复位及再结合的
68、周期性活动过程，及再结合的周期性活动过程，20-200ms。(周期长短的意义？周期长短的意义？)肌节缩短肌节缩短, ,肌细胞收缩肌细胞收缩横桥向横桥向M M线方向摆动将细肌线方向摆动将细肌丝牵拉到粗肌丝内丝牵拉到粗肌丝内横桥与结合位点结合，头部横桥与结合位点结合，头部分解分解ATPATP贮存的能量释放贮存的能量释放原肌球蛋白位移，原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点暴露细肌丝上的结合位点CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合肌钙蛋白构型改变肌钙蛋白构型改变终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内的终池内的CaCa2+2+进入肌质进入肌质 横纹肌收缩的过程小结横纹肌收缩的过程小结S
69、ources of ATP O24. 肌肉的舒张肌肉的舒张 (Muscle relaxation) mechanisms that restore sarcoplamic Ca2+Back to calcium store: Ca2+ pump in sarcoplasmic reticulum membrane; 100% in skeletal muscle; 70% in cardiac muscleOut of the cell: Na+-Ca2+ exchanger in cell membrane; Ca2+ pump in cell membrane;Diseases assoc
70、iated with abnormal regulation of the intracellular Ca2+ in skeletal musclesMalignant hyperthermia: genetic defect in ryanodine receptor, 1 in 15,000 children, 1 in 50,000 adults; Halothane/ether or succinylcholine stimulate Ca2+ release from SR, resulting muscle rigidity and hyperthermiaCentral cor
71、e disease: genetic defect in ryanodine receptor; SR releases/leak Ca2+, which is then accumulated by mitochondria, resulting in mitochondrial Ca2+ overload and hence loss of mitochondria and muscle weaknessBrodys disease: genetic defect in SR Ca2+ pump (SERCA): painless muscle cramping during exerci
72、se due to slowed Ca2+ uptakeExcitationThe sarcolemma is depolarized and the action potential (AP) propagates;The action potential spreads towards inside along the T-tubules;AP is transmitted from T-tubule to terminal sacs of sarcoplasmic reticulum;Calcium is released from sarcoplasmic reticulum into
73、 sarcoplasm;ContractionCalcium binds to troponin leading to cooperative conformational changes in troponin-tropomyosin system;The inhibition of actin and myosin interaction is released;Crossbridges of myosin filaments are attached to actin filaments;Tension is exerted and/or the muscle shortens by t
74、he sliding filament mechanism;RelaxationCalcium is pumped back into sarcoplasmic reticulum;Crossbridges are detached from the thin filaments;Troponin-tropomyosin regulated inhibition of actin and myosin interaction is restored;Active tension disappears and the rest length is restored;Summary: Sequen
75、tial events of muscle contraction & relaxation（四）影响横纹肌收缩效能的因素（四）影响横纹肌收缩效能的因素 1.肌肉收缩的形式肌肉收缩的形式等张收缩等张收缩(Isotonic contractions): 肌肉缩肌肉缩短、张力不变。短、张力不变。等长收缩等长收缩(Isometric contractions): 肌肉肌肉长度不变，张力增加长度不变，张力增加 单收缩、复合收缩、强直收缩单收缩、复合收缩、强直收缩Force transducer等张收缩等张收缩Isotonic contraction等长收缩等长收缩Isometric contracti
76、onPivot(treppe)单收缩、复合收缩与强直收缩单收缩、复合收缩与强直收缩2. 影响收缩效能的因素影响收缩效能的因素前负荷前负荷( Preload): determines initial length of muscle fibers and hence sarcomeres; 后负荷后负荷(After-load): determines length of cross-bridge cycles and hence total number of cross-bridges interacting with thin filaments; 肌肉的收缩性肌肉的收缩性(Contract
77、ility): intrinsic properties of muscles and neurohumoral factors affecting those properties 1) 前前负负荷荷（Preload)：肌肌肉肉收收缩缩前前所所承承受受的的负负荷荷,决决定了肌肉的初长度。定了肌肉的初长度。 肌肌节节最最适适初初长长（2.0-2.2 m）时时，粗粗细细肌肌丝丝重重叠叠佳佳，肌缩速度、幅度和张力最大；肌缩速度、幅度和张力最大； 大大于于最最适适初初长长时时，粗粗细细肌肌丝丝重重叠叠，肌肌缩缩速速度度、幅幅度和张力度和张力； 小于小于最适初长时，细肌丝可缩短距离最适初长时，细肌丝可
78、缩短距离效能效能 。 人人体体大大部部分分骨骨骼骼肌肌的的静静态态长长度度即即是是其其最最适适初初长长，故故Optimal initial length也称也称Resting length.Z线线M线线Z线线肌节肌节Optimal initial length (resting length) 2) 后后负负荷荷(After load)：肌肌肉肉缩缩短短过过程程中中所所承承受受的的负荷。负荷。 后负荷为后负荷为0肌肉收缩速度、幅度肌肉收缩速度、幅度和张力最小；和张力最小；后负荷后负荷肌肉收缩速度、幅度肌肉收缩速度、幅度和张力和张力；后负荷后负荷肌肉收缩速度、幅度肌肉收缩速度、幅度和张力和张力。
79、后后负负荷荷过过大大，虽虽肌肌缩缩张张力力，但但肌肌缩缩速速度度、幅幅度度，不利作功；，不利作功；后后负负荷荷过过小小，虽虽肌肌缩缩速速度度、幅幅度度，但但肌肌缩缩张张力力，也不利作功。，也不利作功。3) 肌肉收缩能力肌肉收缩能力：是指与负荷无关、决定肌：是指与负荷无关、决定肌肉收缩效应的内在特性，肉收缩效应的内在特性，取决于取决于E-C耦联期间耦联期间胞浆内胞浆内Ca2+的水平和肌球蛋白的的水平和肌球蛋白的ATP酶活性酶活性。骨骼肌纤维可分为两类。骨骼肌纤维可分为两类。Type I muscle fibreType II muscle fibreOther namesSlow twitch;
80、 oxidative;redFast twitch; glycolytic; whiteMyosin isoenzyme ATPase rateSlowFastCa2+-pumping capacity of sarcoplasmic reticulumlowHighDiametersmallLargeGlycolytic capacitylowHighOxidative capacity HighLowFunctionLong, slow, posture-maintaining contractionsFine, skilled movementTypes of skeletal musc
81、lesFatigueresistantEasily fatiguedMorphological and functional characteristics;Mechanisms of contraction;二、平滑肌的收缩和舒张二、平滑肌的收缩和舒张1.1.形态学特征形态学特征involuntary muscle; innervated by ANS ; found primarily in the walls of hollow organs;Spindle-shaped cells typically arranged in sheets;No t-tubules & little s
82、arcoplasmic reticulum;No sarcomeres (so non-striated) but are made up of thick & thin myofilaments. Thin filaments in smooth muscle do not contain troponin;Calcium binds to calmodulin. The calcium-calmodulin complex activates myosin which then binds to actin & contraction (swivelling of cross-bridge
83、s) begins. Two types of smooth muscles 多个单位平滑肌多个单位平滑肌 单个单位平滑肌（内脏平滑肌）单个单位平滑肌（内脏平滑肌）visceral, or unitary, smooth muscle 1) found in the walls of hollow organs (e.g., small blood vessels, digestive tract, urinary system, & reproductive system) 2) multiple fibers contract as a unit (because impulses tra
84、vel easily across gap junctions from cell to cell) &, in some cases, are self-excitable (generate spontaneous action potentials & contractions)multiunit smooth muscle 1) consists of motor units that are activated by nervous stimulation 2) found in the walls of large blood vessels, in the eye (adjust
85、ing the shape of the lens to permit accommodation & the size of the pupil to adjust the amount of light entering the eye), & at the base of hair follicle (the goose bump muscles)2. 平滑肌细胞电活动平滑肌细胞电活动 Opening of voltage-gated calcium channels accounts for the action potential of most smooth muscle cell
86、s.3. 平滑肌细胞钙信号平滑肌细胞钙信号4. 平滑肌收缩与舒张平滑肌收缩与舒张Summary: Ion channels & bioelectricityIon channelsLittle appreciated fact of physiology Human beings (and other living organisms) are run by electricity, and ion channels are the core of our electrical systemIon channels are everywhere & are present in almost
87、every cell. Functions 1) Transport of ions and water; 2) Regulation of electrical potential across the membrane; 3) SignalingIon channelsYet another type of membrane transport;Pores in the membrane that open and close in a regulated manner and allow passage of ions “Dispose” of the gradients Passive
88、 transporters: Ions flow from high to low concentrationNo energy is used; If there is no gradient ions will not flowChannel FunctionIon channels are not open continuously but open and close in a stochastic or random fashion. Ion channel function may be decreased by decreasing the open time (o), incr
89、easing the closed time (c), decreasing the single channel current amplitude (i) or decreasing the number of channels (n). What gates ion channels? Non gated - always open Gated Voltage across the cell membrane Ligand Mechanical stimulus, heat (thermal fluctuations)Ion channels functionResponsible fo
90、r processes such asHeart beatMuscle contractionHormone secretionVision and olfactionPainCognitionAnd pretty much everything elseWhen ion channels fail to function normally, a number of diseases can occurchannelopathy Epilepsy Deafness Blindness Migraine headaches Cardiac arrhythmias Deregulation of cognitive function .
