第十九章鲶,电鳗电鳐有放电现象

细胞的电活Electricalactivityofliving电鲶,电鳗,电鳐,有放电现18世纪末LuigiGalvani发现金属蛙腿M收缩N&M生电Bioelectricity&LuigiGalvani(1737-创立金属接触电动势理论,发明LuigiGalvani(1737-一、细胞电活动的膜电位（membranepotentialVm)静息电位（restingpotentialRP)动作电位（actionpotentialAP极化去极化If:Vm=-100mV,thicknessof electricTheplasmamembranemimicsminiaturebattery.Energyisuseddrivestransmembranesignaling：神经、肌肉、腺体Absorptionofglucoseandaminoacidsinthe细胞膜糖细胞膜脂 亲 基 疏 基层Non-gated离子通道-具有重要生物学功能的膜蛋Non-gatedGatedGatedor▲细胞膜的电缆 电学）特—并联的阻-容耦合电膜脂质双层（绝缘）≈一个平 103Ω/cm2，用膜电导（G=1/Rm）轴向电阻取决于胞质液及细胞直径Ri∝二、静息电位及其产生（一）静息电位（TherestingDefinition:transmembranepotentialatrestNeurons-60mVSkeletalandcardiacmuscles,-90mVErythrocytes-9mVIonicbasisofrestingUnequaldistributionofionsacrossSelectivepermeabilityofNa+Unequaldistributionofionsacrossthemembranelargelyduetoprimaryandsecondaryactive 140mM 4mMHCO-3

1510-72014

14510-312024 Non-Selectivepermeabilityoftheplasmaaccountforrestingmembrane

1401510-720

414510-3120

14

24Scenario

通透 顺浓度化学势能(驱动力）=RTlnR=gasconstant;Scenario选择性通透

顺浓度化学(浓度)势能=RTln电化学驱动力=RTln

顺浓度梯逆电位梯驱动力=浓度梯度+电位电位势能=zF(Ei-Z,离子化合价 ，法拉弟+zF(Ei-oScenarioC平衡状态顺浓度逆电顺浓度逆电位 顺浓度电化学驱动力=RTln

+zF(Ei-Eo)= RTln[K+]i

=-60

(Ei-Eo)=-Nernst

TheNernstequationpredictstheelectricaldifference(ie,themembranepotential,Vm)requiredtobalancetheconcentrationpotentialdifference(ie,theequilibriumpotential)ofanionacrossthemembraneEquilibriumpotentialofX+(离子的平衡电位xE=-60 xInotherwords,thedifferencebetweenVmandExistheforceforx+tomoveacrossthe电化学驱动力=Vm-E*动力为负值时：推动正电荷流入胞(流inwardcurrent,如Na+,Ca2+内流outwardcurrent,如K+外流,Cl-内流)静息状态下Na+的驱动力静息状态下K+在典xE=-60logxExperimentalevidencethat“selectivepermeabilityoftheplasmamembraneaccountforrestingmembranePaulHorowizAlanIonsubstitutionexperimentsinfrogmuscle4SO2-Cl-VmunalteredNa+K+Vmaltered4However,restingmembranepotentialisclosebutequaltoEK,duetopermeabilitytoother事实上，细胞膜对Na+、K+透性；膜对K+和Na+的相对因GNa<<GK，所以膜电位接近EKNa+-K+-ATPasecontributestomembraneTheactivityofNa+-K+-ATPasemaintainsiongradientsacrossthemembrane;TheworkofNa+-K+-ATPaseiselectrogenic,whichhyperpolarizesthemembrane.smoothmusclesupto20mV;skeletalmusclesandnerves,~5mV总结：静息电位的原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）静息状态时，细胞膜对K+的通透性高（一些K+通→K+顺浓度梯度外流，造成膜内负电位状Consider:Whatifchangesoccurin[K+]inapatient'sextracellularfluid?HypokalemiaorHyperkalemia三、动作电位及其产念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在Actionpotentialsofanervefiber,aandacardiacpace-maker0-

Time动作电阈下刺激导致局部膜电位变化（局部反应局部概念概念刺激引起的不具有“全或无电紧张方式其幅值随 离的增加而减小具有总和效时间和局部反应引起Na+、K+通道状态速去极化继而复极AP上升 AP下降1950sHodgkin&Huxley对AP产（1）离子替换枪乌贼巨轴突（Squidgiant玻璃电极作记逐步降低细胞外Na+动作电位的幅度、去极化的速度随细Na+浓度的降低而减小、减（2）Voltageclamp（电压钳电压钳(voltageclamp)原——细胞受去极化刺激时，引起哪种离子跨膜流动去极化刺激引起两种离子跨膜电外向电流(K+电流内向电流(Na+电流Hodgkin&Huxley(H-H)(m- Patchclamp（膜片钳Erwin Bert1976-1981开创膜片 生理或医学Apipettepatchingontopyramidalcell

Apipettepatchingontoacellsomawhilstanotherpumpssomething(!?)ontoaNa+钠通道由α、β1和β2亚基每个亚基都由4个结)当细胞受到去化总当细胞受到去化细细胞膜上少量Na+通道激活而Na+顺浓度差Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差当膜当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开Na+顺电化学梯度大量内流（再生式内流膜内负电位减膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支Na+通道关→Na+内流停Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而K＋K＋顺电化学梯度迅速膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支[Na+[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平→动作电位特全或无“All-or-不衰减性传导局部电流与跳跃式传产生条刺激Na+通道状动作电位传导传导机—局部电流学(local有髓纤维的跳跃式传提高传导减少能量四、组织的兴奋和兴兴奋和可兴奋细 *可兴奋细胞的共同特征：产生动作电细胞（或组织）衡量组织兴奋性高低的指标-阈强度（阈值阈强度（thresholdintensity）：将刺激时间和的最小刺激强度，也称阈值（thresholdvalue）兴奋性=1/组织兴奋后兴奋性的变1）绝对不应期(absoluterefractoryperiod,ARP）2）相对不应期（relativerefractoryperiodRRP）period，记记细胞兴奋后兴奋性发生变—主要与钠通道的功能状态记阈电绝对不应期（钠通道失活超常低常（膜内电位呈超极化相对不应期（钠通道部分恢复五、不同类型细胞的电活Actionpotentialsofanervefiber,acardiomyocyteandacardiacpace-makercell0- （一）心肌细胞电活动现①快反应非自—工作细胞（心房心室的收缩细胞②快反应自律—浦顷野慢反应 Relationshipbetweenactionpotentialofmyocytesand（二）工作心肌细胞电活动的静息 电流，potassiumleak，

non-动作电工作心肌细胞动作电位的1230412304复极相(1、2、3、4期(≈200ms)，具有较长的平台期。(意义?)动作电位幅度大(≈120机0期——钠电导1期——平台IK1内向整钙电导3期——钾电导 40期去极+阈电位（thresholdpotential）约为-70钠通道的三种功失活：通道不仅关闭、而且受到刺激也*钠通道从失活状态向备用状态的转变称钠通道阻断剂：河豚毒1期（phase1）复极化瞬时外向离子流(transientoutwardcurrent，*INa通道的失活和Ito通道的激活共同形成了期“整流”的概“整流”（fo）欧姆定律：I=V/R。当电阻不变时，电流与电压呈正比（线关系）。如果这种关系不成直线而呈曲线，即为整内向整流（inwardrectification）：随着电压的增大而电流的外向整流（outwardrectification）：随着电压的增大而电的增加量比预期增大（电流-电压关系曲线向上弯曲）*2也（pltuphs）。*主要离子流L型钙电流(long-lastingCa2+currentL-typeCa2+current,ICa-L):Ca2+内流(意义？)：由于通道的内整流性胞内2、精胺等塞， K，从使动电位期少量C内流就使膜位保持去化状态平台或上隆起成顶。随动作电复化到接静息电内向整现解除，又可经通道外流加速后的极化程。延迟整流钾电流（delayedrectifierKcurrentIKr及Iks）：台期激活逐步激图9-9.心室肌细胞动作电位时程中ICa-L幅值3期复Ca2+内流逐渐停止和K+外流逐渐增加+期K+外流的主要通道，包括快速延迟整流钾通道（rapiddelayedrectifierK+channel，HERG（humanether-a-go-go) 缓慢延迟整流钾通道（slowdelayedrectifierK+channel，IKs 4期（静息期离子泵（特别是钠-钾泵和钙泵*离子交换体（如钠-钾交换体，钠-钙交换神经、骨骼肌细胞兴奋后兴奋性的变主要与钠通道的记阈电绝对不应期（钠通道失活低常（膜内电位呈超极化思考相对不应期（钠通道部分恢复

心肌（三）自律心肌细胞电活动的１．慢反应自律性细胞—窦房结 结细１）特征静息电位不稳定，当膜电极化到最大值时能自动去极 (pace-maker) 动作电位（0,3,4）,无1期和2期0相去极化幅度低义？）2）慢反应自律细胞的舒张期自动去极化机至少与三种离子流有关Ikr、Iks电流衰ICa-T离子流（transientCa2+current，T-typeCa2+current，ICa-T）ICa-T通道的激活电位约为-50mV，图9-14窦房结P细胞舒张期去极化和动作电位发生原理示递增性复极化至-60mVIf递增性复极化至-60mVIf通道递增性激自动去极后1/3Ca2+通道（T型）开 K+递K+递减性Na+递增性内Ca2+内自动去自动去极达阈电（-慢慢Ca2+（L型）开CaCa2+内流产生产生AP0注：Ik失活∶If激活＝6∶1，故4期自动去极If作用不大；但２．快反应自律性Purkin