神经元的兴奋和传导人体及动物生理学

1、会计学1神经元的兴奋和传导人体及动物生理学神经元的兴奋和传导人体及动物生理学(l细胞生物电活动的产生主要是由于细胞生物电活动的产生主要是由于 带电离子跨膜分布的不均衡性带电离子跨膜分布的不均衡性 Na+o Na+i 10 1, K+i K+o 30 1 细胞膜在不同条件下对离子通透性的变化细胞膜在不同条件下对离子通透性的变化 Two characteristics of cells contribute to their ability to maintain this electrical potential. First, different types of ions are unequ

2、ally distributed across the cell membrane. Second, the cell membrane is differentially permeable to ions. 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+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + - - - - - - + + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + +- - - -

3、- - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - -90mV-90mV0mV0mV0mV0mV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.稳定直流电位稳定直流电位A-代表带负电荷的有机大分子代表带负电荷的有机大分子K+的扩散对膜电位的作用：的扩散对膜电位的作用：K+平衡电位平衡电位 条件：条件： 静息状态下膜内、外离子分布不均衡静息状态下膜内、外离子分布不均衡 Na+o Na+i 10 1, K+iK+o30 1 静息状态下细胞膜对离子

4、的通透性具有选择性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性: K+ 通透性大而通透性大而Na+基本不通透基本不通透 机制：机制： 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K K+ +通透性大，通透性大， K K+ +顺浓度差外流，而细胞内的有机负离子不能顺浓度差外流，而细胞内的有机负离子不能透出细胞，便产生了透出细胞，便产生了内负外正的电位差内负外正的电位差。当促。当促进进K K+ +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）与的扩膜浓度梯度）与阻止阻止K K+ +向外移动的电场力（跨膜电位梯度）达向外移动的电场力（跨膜电位梯度）达到平衡时，则

5、到平衡时，则K K+ +的净通透量等于零，此时的电的净通透量等于零，此时的电位差称为位差称为K K+ +的平衡电位的平衡电位，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时时, 即即,K+的电化学驱动

6、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)Nernst公式公式(1889):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(stimulus and response)2. 兴奋和兴奋性兴奋和兴奋性 (excitation and excitability)3、引起兴奋的主要条件、引起兴

7、奋的主要条件l 一定的刺激强度一定的刺激强度l 一定的刺激作用时间一定的刺激作用时间l 强度强度-时间变化率时间变化率 (dV/dt)l 阈强度阈强度刚能引起组织兴奋的刺激强度刚能引起组织兴奋的刺激强度l 阈刺激阈刺激达到阈强度的有效刺激达到阈强度的有效刺激l 阈上刺激阈上刺激高于阈强度的刺激高于阈强度的刺激l 阈下刺激阈下刺激低于阈强度的刺激低于阈强度的刺激注：注： 阈值可以作为衡量细胞和组织兴奋性阈值可以作为衡量细胞和组织兴奋性 的指标，但并非固定参数的指标，但并非固定参数l动作电位特征：传导的幅度不随距离的动作电位特征：传导的幅度不随距离的 增加而衰减。增加而衰减。 条件条件: 膜内外存

8、在膜内外存在Na+差差: Na+o Na+i 10 1 ； 膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加： 即电压门控性即电压门控性Na+、K+通道先后激活而开放。通道先后激活而开放。l动作电位的峰值接近于动作电位的峰值接近于Na+平衡电位平衡电位 。 (Na+ equilibrium potential )At the peak of action potential, the membrane potential becomes positive, quite close to the equilibrium potential for ENa.

9、l Na+通道迅速失活（不应期）通道迅速失活（不应期）l K+通道缓慢开放通道缓慢开放lNa+通道复活通道复活, K+通道关闭通道关闭l钠钠-钾泵活动钾泵活动增强增强，重建静息电位，重建静息电位证据：证据：将神经浸浴于无将神经浸浴于无Na+的溶液时，的溶液时，AP不复不复出现。出现。 用等渗溶液加入使用等渗溶液加入使Na+浓度减小，可见浓度减小，可见AP幅度或其超射值幅度或其超射值减小。减小。 利用药理学分析膜电流利用药理学分析膜电流的实验结果的实验结果应用应用Na+通道阻断剂通道阻断剂TTX, 内向电流消失内向电流消失。 应用应用K+通道阻断剂通道阻断剂TEA ， 外向电流消失外向电流消失。

10、河豚毒素河豚毒素( tetrodotoxin，TTX)四乙铵四乙铵 (tetraethylammonium，TEA)细胞受刺激细胞受刺激静息电位降低静息电位降低膜膜NaNa通道打开通道打开 NaNa通透性增通透性增大大 NaNa内流内流膜内电位增高膜内电位增高去极化去极化反极化反极化形成锋电形成锋电位的上升相位的上升相膜膜NaNa通道关闭通道关闭复极化复极化锋电位的下降相锋电位的下降相 静息电位。静息电位。已兴奋的膜部分通已兴奋的膜部分通过局部电流过局部电流“刺激刺激”了未兴奋的膜部了未兴奋的膜部分，使之出现动作分，使之出现动作电位；这样的过程电位；这样的过程在膜表面连续进行在膜表面连续进行下

11、去，就表现为兴下去，就表现为兴奋在整个细胞的传奋在整个细胞的传导。导。 l细胞生物电活动的产生主要是由于细胞生物电活动的产生主要是由于 带电离子跨膜分布的不均衡性带电离子跨膜分布的不均衡性 Na+o Na+i 10 1, K+i K+o 30 1 细胞膜在不同条件下对离子通透性的变化细胞膜在不同条件下对离子通透性的变化 Two characteristics of cells contribute to their ability to maintain this electrical potential. First, different types of ions are unequall

12、y distributed across the cell membrane. Second, the cell membrane is differentially permeable to ions. A-代表带负电荷的有机大分子代表带负电荷的有机大分子机制：机制： 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K K+ +通透性大，通透性大， K K+ +顺浓度差外流，而细胞内的有机负离子不能顺浓度差外流，而细胞内的有机负离子不能透出细胞，便产生了透出细胞，便产生了内负外正的电位差内负外正的电位差。当促。当促进进K K+ +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）与的扩膜浓度梯度）与阻止阻止K K+ +向外移动的电场力（跨膜电位梯度）达向外移动的电场力（跨膜电位梯度）达到平衡时，则到平衡时，则K K+ +的净通透量等于零，此时的电的净通透量等于零，此时的电位差称为位差称为K K+ +的平衡电位的平衡电位，等于