生物电现象和兴奋性课件

1、第二节第二节 生物电现象和兴奋性生物电现象和兴奋性 bioelectric phenomenon of cell 掌握内容：掌握内容： 1 1、细胞的兴奋性、细胞的兴奋性 2 2、神经细胞的生物电现象、神经细胞的生物电现象1 1）静息电位）静息电位2 2）动作电位）动作电位 3 3、神经细胞在动作电位时段内兴奋性变化、神经细胞在动作电位时段内兴奋性变化1一、细胞的兴奋和兴奋性一、细胞的兴奋和兴奋性 Excitation & excitability of cell兴奋兴奋是指细胞在是指细胞在刺激刺激下产生下产生可传播的可传播的电变化电变化的现象的现象。 2 ( (一一) )刺激和反应刺

2、激和反应 1.1.刺激刺激 stimulation：细胞所处的内外环境的变化。细胞所处的内外环境的变化。2.2.反应反应 response: : 可兴奋细胞可兴奋细胞对刺激所发生的应答。对刺激所发生的应答。 3 1.1.刺激刺激 刺激的形式：刺激的形式：化学；物理；机械等化学；物理；机械等 刺激的三要素刺激的三要素：强度；持续时间；强度强度；持续时间；强度- -时间变化率时间变化率 4阈强度阈强度( (阈值阈值) ) threshold intensity 刺激的刺激的持续时间固定持续时间固定, ,引起细胞发生引起细胞发生反应的最小刺激强度反应的最小刺激强度, ,称为称为阈强度阈强度。 阈刺激

3、阈刺激 threshold stimulus 具有具有阈强度阈强度的刺激的刺激称为称为阈刺激阈刺激。 52.2.反应反应 兴奋兴奋 excitation兴奋兴奋是指细胞在刺激下产生可传播的电变化是指细胞在刺激下产生可传播的电变化的现象。这种电变化称的现象。这种电变化称动作电位动作电位，是一种去极化，是一种去极化现象。现象。 抑制抑制 inhibition 细胞膜电位在刺激下产生超极化现象。细胞膜电位在刺激下产生超极化现象。6 ( (二二) )可兴奋细胞和兴奋性可兴奋细胞和兴奋性 1.1.可兴奋细胞可兴奋细胞 excitable cell受刺激后能产生受刺激后能产生动作电位动作电位的细胞。的细胞

4、。神经细胞、肌肉细胞、腺体细胞属于神经细胞、肌肉细胞、腺体细胞属于此类。此类。 72.2.兴奋性兴奋性 excitability 可兴奋细胞对刺激产生兴奋的能力。可兴奋细胞对刺激产生兴奋的能力。 衡量兴奋性高低的指标衡量兴奋性高低的指标阈值阈值兴奋性兴奋性 1 1阈值阈值8二、静息电位二、静息电位( (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。 91、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, ,记录仪器记录仪器显现一个突然的电位变化；显

5、现一个突然的电位变化；2、静息电位是一个稳定的直流电位；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) ); 10( (二二) )静息电位产生机制静息电位产生机制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子不均衡分布钠泵活动造成膜内外离子不均衡分布: :胞外胞外NaNa+ +胞内胞内NaNa+ +,胞内胞内KK+ +胞外胞外KK+ + 11Primary active transportNa+-K+ 依赖式依赖式ATP酶（钠泵）酶（钠泵）3Na+( (由胞由胞内内向胞向胞外外) ): 2K+ ( (由胞由胞外外向

6、胞向胞内内) )122 2、静息电位产生机制静息电位产生机制：膜通透性：安静状态下膜通透性：安静状态下, ,膜只对膜只对K K+ +通透通透K K+ +扩散驱动力：浓度差和电位差扩散驱动力：浓度差和电位差K K+ +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此时静息电位即为此时静息电位即为K K+ +平衡电位平衡电位13K K+ +平衡电位平衡电位v细胞膜内外细胞膜内外K K+ +存在浓度差：存在浓度差：内高外低内高外低v细胞膜对细胞膜对K K+ +通透，故通透，故K K+ +可扩散至细胞外建立起可扩散至细胞外建立起电位差：电位差：外正内负外正内负vK K+

7、+的浓度差：促使的浓度差：促使K K+ +外流外流vK K+ +的电位差：阻碍的电位差：阻碍K K+ +外流外流v当二者的力量相等，则当二者的力量相等，则K K+ +的净流动等于零，此的净流动等于零，此时的膜电位稳定在一个固定值，这就是时的膜电位稳定在一个固定值，这就是K K+ +平衡平衡电位电位。K K+ +平衡电位计算平衡电位计算NernstNernst方程方程： K K+ +oEK = 61 log ( (mV) ) K K+ +i = -94 -94 mV 15三、动作电位及其产生机制三、动作电位及其产生机制( (一一) )动作电位动作电位 Action potential, AP 1

8、、在在RP基础上，细胞受到一个基础上，细胞受到一个不小于不小于阈值阈值的刺激，此时在细胞膜上发生的一次的刺激，此时在细胞膜上发生的一次可传播的电位变化，即为可传播的电位变化，即为动作电位动作电位。产生产生动作电位动作电位是细胞是细胞兴奋兴奋的本质表现。的本质表现。 162、神经细胞动作电位的波形神经细胞动作电位的波形: :17神经细胞动作电位（神经细胞动作电位（ AP ） v锋电位锋电位: : 包括除极相包括除极相+ +复极相的前半部分复极相的前半部分特点：变化迅速，变化幅度大特点：变化迅速，变化幅度大是细胞兴奋的标志是细胞兴奋的标志v后电位后电位：包括复极相的后半部分包括复极相的后半部分特点

9、：变化缓慢且微小特点：变化缓慢且微小锋电位锋电位升支升支( (除极相除极相) ) 降支降支( (复极相复极相) )后电位后电位 负后电位负后电位 正后电位正后电位19升支降支 局部局部 电位电位Na+Na+通道通道激活激活Na+Na+通道通道失活失活升支升支动作电位的动作电位的升支升支NaNa+ +通道激活开放通道激活开放,Na,Na+ +内流形成内流形成APAP上升支上升支20升支动作电位的动作电位的降支降支K K+ +通道激活开放通道激活开放,K,K+ +外流形成外流形成APAP下降支下降支NaNa+ +通道通道失活失活, ,同时同时K K+ +通道通道激活激活 降支降支21降支 小结小结

10、动作电位动作电位形成的离子基础形成的离子基础： 升支升支:Na+内流；内流； 降支降支:K+外流；外流； 静息水平静息水平: Na+- K+ 泵活动泵活动,离子恢复离子恢复静息时的分布状态；静息时的分布状态； 22动作电位动作电位期间的离子通道期间的离子通道ion channels NaNa+ +通道通道：通道特异性阻断剂：河豚毒通道特异性阻断剂：河豚毒 K K+ +通道：通道：通道特异性阻断剂：四乙铵通道特异性阻断剂：四乙铵233、动作电位动作电位的特点的特点： “全或无全或无” all or none：锋电位幅度不随：锋电位幅度不随 刺激强度增加而增大刺激强度增加而增大 可传播性可传播性:

11、不衰减传导不衰减传导( (幅度波形不变幅度波形不变) ) 有不应期有不应期:因而因而锋电位之间不发生融合锋电位之间不发生融合 或叠加或叠加244.4.细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化（即（即细胞的兴奋性在动作电位时段内的变化细胞的兴奋性在动作电位时段内的变化） 1 1）绝对不应期）绝对不应期( (相当于锋电位相当于锋电位) ) 细胞在发生兴奋细胞在发生兴奋( (峰电位峰电位) )的一段短暂的时间，的一段短暂的时间，兴奋部位对后面的、无论多强的刺激都不再发生兴兴奋部位对后面的、无论多强的刺激都不再发生兴奋。奋。兴奋性兴奋性=0 0252 2）相对不应期）相对不应期

12、( (相当于负后电位前期相当于负后电位前期) ) 此时细胞的兴奋性逐渐恢复，但对原来的阈刺激此时细胞的兴奋性逐渐恢复，但对原来的阈刺激仍不发生兴奋反应，必须用仍不发生兴奋反应，必须用阈上刺激阈上刺激才能引起反才能引起反应。应。正常正常兴奋性兴奋性 0 026 3 3）超常期）超常期( (相当于负后电位后期相当于负后电位后期) )此时细胞的兴奋性稍高于正常，用此时细胞的兴奋性稍高于正常，用略低于阈值略低于阈值的刺的刺激即可引起兴奋反应。激即可引起兴奋反应。 兴奋性兴奋性正常正常 27 4 4）低常期）低常期( (相当于正后电位相当于正后电位) )此时细胞的兴奋性低于正常，需要此时细胞的兴奋性低于

13、正常，需要较大的刺激较大的刺激才可才可引起兴奋反应。引起兴奋反应。 兴奋性兴奋性K K+ +外流外流 32 膜发生更强的去极化膜发生更强的去极化从而使更多从而使更多NaNa+ +通道开放和通道开放和NaNa+ +内流内流( (形成形成NaNa+ +通道通道激活对膜去极化的正反馈激活对膜去极化的正反馈) )直至产直至产生生动作电位。动作电位。33(2)(2) 阈电位阈电位 threshold potential，TP 能引起大量能引起大量NaNa+ +通道开放和通道开放和NaNa+ +内流，内流，进而诱发动作电位的进而诱发动作电位的临界膜电位值临界膜电位值。 34 阈电位阈电位TP一般比一般比静

14、息电位静息电位RP小小1020mV。 如神经细胞如神经细胞RP=-70mV，TP-55mV 达到达到阈电位阈电位后后, ,动作电位动作电位幅度幅度只取决只取决于膜电位去极化程度、于膜电位去极化程度、NaNa+ +通道和通道和NaNa+ +电流电流之间的正反馈过程，而之间的正反馈过程，而与外加刺激强度与外加刺激强度无关无关。35( (3) )局部电位局部电位 Local potential 阈下阈下刺激刺激因强度较弱而不能使膜去极因强度较弱而不能使膜去极化达到化达到阈电位阈电位，不能触发，不能触发动作电位动作电位，但，但可引起局部反应可引起局部反应( (局部电位局部电位) )。36 局部电位的特征：局部电位的特征：非非“全或无全或无”：电位幅度随刺激强度的增：电位幅度随刺激强度的增 大而增大大而增大属于属于局部电紧张性电位局部电紧张性电位可以