人体生物电现象

1、人体生物电现象人体生物电现象 主讲教师：马晓松主讲教师：马晓松 医学院医学院E-mail: 细胞的基本功能细胞的基本功能 细胞是构成人体的最基本的功能单位。体细胞是构成人体的最基本的功能单位。体 内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及 其产物的物质基础上进行的。其产物的物质基础上进行的。 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能 一、膜的化学组成和分子结构一、膜的化学组成和分子结构 二、细胞膜的跨膜物质转运功能二、细胞膜的跨膜物质转运功能 细胞膜的结构模型细胞膜的结构模型 脂质双分子层 磷脂70%

2、胆固醇30% 少量鞘脂 膜蛋白 功能：载 体、通道、离子泵 受体蛋白 形式：表面蛋白质、整合蛋 白质 糖类 糖蛋白、糖脂 膜的化学组成和分子结构 膜的流态镶嵌模型膜的流态镶嵌模型 磷脂磷脂 胆固醇胆固醇 整合蛋白整合蛋白 糖蛋白糖蛋白 糖脂糖脂 亲水基团亲水基团 疏水基团疏水基团 磷脂磷脂 糖链糖链 J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜 照片，显示暗-明-暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分 子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm 细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜物质转运功能 （一）单纯扩散 （二）膜蛋白介导的跨膜转运 .经载体易化

3、扩散 .经通道易化扩散 .原发性主动转运 .继发性主动转运 （三）出胞与入胞 单纯扩散simple diffusion 如：如：O2、CO2、 、N、乙醇、尿素等；一些类固醇激素也可以。 乙醇、尿素等；一些类固醇激素也可以。 扩散速率扩散速率 取决于取决于 ：膜两侧的浓度差：膜两侧的浓度差 膜对该物质的通透性膜对该物质的通透性 一些脂溶性小分子物质由高浓度一些脂溶性小分子物质由高浓度向低浓度区净移动向低浓度区净移动(扩散扩散) l不耗能，不需要膜蛋白不耗能，不需要膜蛋白 （二）膜蛋白介导的跨膜转运 易化扩散易化扩散：载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散 通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散 不

4、消耗能量，顺浓度差、电位差跨膜转运不消耗能量，顺浓度差、电位差跨膜转运 主动转运主动转运：原发性主动转运原发性主动转运 继发性主动转运继发性主动转运 消耗能量、逆浓度差、电位差的跨膜转运消耗能量、逆浓度差、电位差的跨膜转运 易化扩散 葡萄糖、氨基酸的转运依靠各自的蛋白质载体葡萄糖、氨基酸的转运依靠各自的蛋白质载体 NaNa 、 、K K 、 、CaCa 等离子转运依靠各自离子通道 等离子转运依靠各自离子通道 离子通道蛋白离子通道蛋白 载体蛋白载体蛋白 经载体易化扩散经载体易化扩散 一些非脂溶性物质（如氨基酸、葡萄糖）一些非脂溶性物质（如氨基酸、葡萄糖） 借助细胞膜上的载体蛋白，顺浓度差的膜转运

5、。借助细胞膜上的载体蛋白，顺浓度差的膜转运。 特点（）顺浓度梯度 （）具有饱和现象 （）具有选择特异性 （）具有竟争性抑制 经通道易化扩散经通道易化扩散 溶液中的Na、K、Ca2+ 、Cl-等离子借 助通道蛋白介导，顺浓度差或电位差的 膜转运。 一般认为它是横跨质膜形成的亲水性孔道膜 蛋白，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通 过 如Na+通道、K+通道 （机械门控通道）（机械门控通道） 离子通道离子通道 化学门控通道化学门控通道 由化学物质控制其开关由化学物质控制其开关 如乙酰胆碱如乙酰胆碱受体受体阳离子通道阳离子通道 电压门控通道电压门控通道 通道开闭受膜两侧电位差控制通道开闭受膜两侧电位差

6、控制 机械门控通道机械门控通道 由牵张刺激活由牵张刺激活 如血管内皮细胞的机械门控离子通道如血管内皮细胞的机械门控离子通道 （化学门控通道）（化学门控通道） 原发性主动转运primary active transport 细胞直接利用代谢产生的 能量，以泵蛋白为介导， 将物质浓度梯度或电 位梯度跨膜转运的过程。 如：钠-钾泵（钠泵，钠- 钾依赖式ATP酶） 钙泵、H+K+泵等。 钠-钾泵：钠泵，钠钠泵，钠-钾依赖式钾依赖式ATP酶酶 逆浓度差把细胞内逆浓度差把细胞内NaNa+ +移出膜外，移出膜外，K K+ +入膜内。使细胞内入膜内。使细胞内KK+ + 为细胞外液中的为细胞外液中的3030倍，

7、而细胞外液中倍，而细胞外液中NaNa+ + 为胞浆中的为胞浆中的1212 倍，保持倍，保持NaNa+ +、K K+ +在细胞膜内外不均衡分布。在细胞膜内外不均衡分布。 钠钠- -钾泵活动生理意义钾泵活动生理意义 胞内高胞内高K+K+，是胞浆内许多代谢反应所必需的。，是胞浆内许多代谢反应所必需的。 造成膜内外造成膜内外 NaNa+ 、K K浓度差，是细胞生物电活浓度差，是细胞生物电活 动的前提件。动的前提件。 维持胞浆渗透压和细胞容积相对稳定维持胞浆渗透压和细胞容积相对稳定 4 . 4 . 膜内外膜内外 NaNa+ 、K K浓度差是维持浓度差是维持NaNa-H H交换的交换的 动力动力对维持细胞

8、内的对维持细胞内的pHpH稳定具有重要作用稳定具有重要作用 膜内外膜内外 NaNa+ 、K K浓度差是维持浓度差是维持NaNa-Ca2Ca2交换交换 的动力的动力 膜内外膜内外 NaNa+ 、K K浓度差是继发性主动转运的动力浓度差是继发性主动转运的动力 继发性主动转运继发性主动转运 secondary active transport 继发性主动转运是由膜中存在的一种称继发性主动转运是由膜中存在的一种称 为为转运体膜蛋白转运体膜蛋白利用细胞膜两侧的利用细胞膜两侧的Na 浓度梯度完成的跨膜物质转运。浓度梯度完成的跨膜物质转运。 由于由于Na+泵作用，细胞内泵作用，细胞内Na+浓度下降，浓度下降

9、， 使膜外一些物质顺使膜外一些物质顺Na+浓度差进入细胞。浓度差进入细胞。 如：如：NaNa+ +- -葡萄糖同向转运体葡萄糖同向转运体 肠道和肾小管上皮细胞对肠道和肾小管上皮细胞对 葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收 NaNa+ +-Ca-Ca2+ 2+交换体 交换体 反向交换系统反向交换系统 出胞与入胞 大分子物质或物质团块通过膜的结构、功能的改变进、出细胞 出胞出胞 如：内分泌细胞（分泌）激素 外分泌细胞 （分泌）酶原颗粒 神经细胞 （释放）神经递质 入胞入胞 如：细菌、异物、大分子营养物 质进入细胞的过程 又分称吞噬吞噬和吞饮吞饮 细胞的生物电现象 概述概述

10、恩格斯在100多年前就指出：“地球上 几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变 化”。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）。细胞生物电现象是普遍 存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、 肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组 织活动时生物电变化的表现。 细胞的生物电现象细胞的生物电现象 一、静息电位一、静息电位(resting potential)及产生机制及产生机制 二、动作电位二、动作电位(action potential)及产生机制及产生机制 三、组织的兴奋和兴奋性三、组织的兴奋和兴奋性 一一.静息电位及产生机制（

11、静息电位及产生机制（RP） -70 -90mv 定义定义：安静状态下，细胞膜内外的电位差安静状态下，细胞膜内外的电位差 静息电位及产生机制（静息电位及产生机制（RP） 产生：产生：1. 1. 膜内膜内KK+ +ii 膜外膜外KK+ + o o 2. 2. 安静状态下，膜对安静状态下，膜对 K K+ +具有通具有通透性透性。 膜两侧膜两侧KK+ + 差是促使差是促使K K+ +扩散的扩散的动动 力力，但随着，但随着K K+ +的不断扩散，膜两的不断扩散，膜两 侧不断加大的电位差是侧不断加大的电位差是K K+ +继续继续扩扩 散的散的阻力阻力，当动力和阻力达到动，当动力和阻力达到动 态平衡时，态平

12、衡时，K K+ +的净扩散通量为零的净扩散通量为零 膜两侧的平衡电位膜两侧的平衡电位称称K K+ +平衡电平衡电 位位，即，即静息电位。静息电位。 -70 -90mv 动作电位（动作电位（AP）及其产生机制）及其产生机制 定义：可兴奋细胞受刺激时，膜在定义：可兴奋细胞受刺激时，膜在RP基础上发生快速、基础上发生快速、 可逆、扩布性的电位变化。可逆、扩布性的电位变化。 去极化去极化 复极化复极化 70 -90mv 去极化过程去极化过程 膜受刺激膜受刺激少量少量NaNa+ +内流，使膜电位下降内流，使膜电位下降达到阈电位达到阈电位 Na+顺着浓度差、电位差大量快速内流，直至顺着浓度差、电位差大量快

13、速内流，直至Na+平平 衡电位衡电位 钠通道开放快，失活也快，钠通道开放快，失活也快， 因此称作因此称作快通道快通道。 阈电位阈电位:引发引发APAP（正反馈）的临界膜电位数值（正反馈）的临界膜电位数值（比（比RPRP小小10-20mv10-20mv）。 复极化过程复极化过程 NaNa+ +通道失活，通道失活，K K+ +通道开放，通道开放， K K+ +顺着浓度差、电位差大量快速顺着浓度差、电位差大量快速 外流。从而使细胞膜电位又恢复到静外流。从而使细胞膜电位又恢复到静 息状态水平。息状态水平。 APAP的上升支由的上升支由NaNa 内流形成，下降支 内流形成，下降支 是是K K 外流形成的

14、，后电位是 外流形成的，后电位是NaNa K K 泵活 泵活 动引起的。动引起的。 APAP的产生是不消耗能量的，的产生是不消耗能量的，APAP的恢的恢 复是消耗能量的（复是消耗能量的（NaNa K K 泵的活动）。 泵的活动）。 AP=NaAP=Na 的平衡电位。 的平衡电位。 结论结论 当细胞受到刺激当细胞受到刺激 细胞膜上少量细胞膜上少量NaNa+ +通道激活而开放通道激活而开放 NaNa+ + 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-局部电位局部电位 当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时NaNa+ + 通道大量开放通道大量开放 NaNa+ + 顺浓度差和膜

15、内负电位的吸引顺浓度差和膜内负电位的吸引再生式内流再生式内流 NaNa+ +ii、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K 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（APAP上升支）上升支） NaNa+ +通道关通道关NaNa+ +内流停内流停+ +同时同时K K+ +通道激活而开放通道激活而开放 K K+ +顺浓度差和膜外负电位的吸引顺浓度差和膜外负电位的吸引K K+ +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RPRP水平（水平（APAP下降支）下降支） NaNa+ +泵出、泵出、K K+ +泵回，泵回，离子恢复到兴奋前水平离子

16、恢复到兴奋前水平后电位后电位 APAP的产生机制的产生机制: : 动作电位的特点动作电位的特点 1.全或无性:不因刺激强度增强而增大 2.可扩布性 3.不衰减性 动作电位的意义动作电位的意义 APAP的产生是细胞兴奋的标志，是细胞功的产生是细胞兴奋的标志，是细胞功 能活动的基础能活动的基础 （四）（四）AP的传导的传导 有髓鞘神经纤维：AP在朗飞氏结间跳跃式传导 以局部电流形式传导 兴奋兴奋：细胞对刺激产生反应的过程。（是AP同义词） 兴奋性：兴奋性：可兴奋细胞对刺激产生反应（AP）的能力 可兴奋细胞可兴奋细胞：神经细胞、肌细胞和腺细胞。 刺激刺激：引起细胞发生反应的环境变化 刺激量的三个参数刺激量的三个参数： 刺激强度 刺激持续时间 刺激强度对时间的变化率 三、组织的兴奋和兴奋性三、组织的兴奋和兴奋性 l阈强度阈强度：引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度 l衡量组织兴奋性的指标衡量组织兴奋性的指标 阈上刺激：大于阈强度的刺激 阈刺激：阈强度的刺激