Part3-3-神经生物物理-细胞电活动

1Chapter3各种细胞的电活动神经细胞骨骼肌细胞心肌细胞平滑肌细胞腺细胞2

§3.1神经细胞的电活动3

§3.2肌细胞的电活动

根据结构和功能的特点，肌细胞可分为骨骼肌细胞、心肌细胞和平滑肌细胞。其中骨骼肌与心肌是横纹肌。它们的细胞电活动有着明显的区别。4

§3.2.1骨骼肌细胞的电活动骨骼肌细胞的结构：肌纤维横管系统纵管系统三联管5一块骨骼肌是由许多束肌纤维排列构成一束肌纤维是由许多条肌纤维排列构成一条肌纤维里有许多条肌原纤维整齐排列一条肌原纤维是由粗、细肌丝排列形成的678明/I带暗/A带Ｚ线Ｚ线Ｈ带肌小节Ｍ线明带：长度可变，其正中的暗线为Z线。暗带：长度固定，正中相对透明区为H带，H带中央的暗线称为M线。肌小节：相邻两条Z线之间的区域。肌肉收缩的基本单位。9肌球蛋白肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白10——肌原纤维肌膜——横小管A/暗带I/明带——肌丝纵小管终池三联管11肌浆网三联管横小管暗带明带12（1）横管系统（T管）：肌细胞的表面向内凹入而形成（2）纵管系统（L管）：即肌浆网终池：Ca2+贮存、释放三联管结构：每一横管与两端肌节终池构成13与神经细胞相比，骨骼肌细胞膜电容大、兴奋传导速度慢。动作电位传导的路径：神经肌肉接头处细胞膜横小管纵小管（细胞内）14骨骼肌的动作电位形状与神经细胞类似。骨骼肌的动作电位：15骨骼肌的收缩由电兴奋引起，从动作电位开始到张力变化开始，约需20msCa2＋诱导Ca2＋释放动作电位横管膜的去极化Ca2+内流进入细胞钙池上钙通道活化肌浆网释放Ca2+粗细肌丝相对滑动肌肉收缩肌肉收缩的产生过程：16（1）动作电位的产生来自脊髓运动神经元的的神经冲动经轴突传到神经肌肉接点—运动终板，使肌肉细胞膜去极化，经T小管传至肌质网。（2）Ca2+的释放肌质网去极化后释放Ca2+至肌浆中。有效触发收缩周期的Ca2+阈浓度约为10-6mol/L。（3）原肌球蛋白位移。（4）冲动停止后，肌质网通过主动运输重新吸收Ca2+

，收缩周期停止。1718肌肉收缩的滑动机制：19（1）静息时，肌球蛋白与肌动蛋白之间受肌钙蛋白-原肌球蛋白的抑制不能结合。（2）动作电位产生并传入肌细胞后，肌浆中钙离子浓度升高,使肌钙蛋白的构型发生改变，然后原肌球蛋白的构型发生改变。（3）原肌球蛋白的抑制作用解除，肌球蛋白与肌动蛋白的结合位点暴露。肌动蛋白与横桥结合。横桥上的ATP酶被激活，降解ATP。20（4）ATP提供的能量使横桥向M线扭动，细肌丝向粗肌丝滑动，整个肌小节缩短。（5）其余的ATP继续结合到肌球蛋白头部。（6）肌球蛋白头部恢复原来位置，降解ATP的能量储存在头部以激发下一次摆动，直到钙离子同肌钙蛋白解离。2122

§3.2.2

心肌细胞的电活动心脏生理结构231.心脏的结构心脏是一个中空的肌性脏器,主要由右心房、右心室、左心房和左心室4个心腔和房室瓣、动脉瓣4组瓣膜组成。心脏被纵行的心房间隔和心室间隔分成左右两部分，互不相通。右心部分流动着乏氧的静脉血，左心部分流动着富含氧的动脉血。左心壁稍厚，右心壁稍薄。具有储血和射血的功能。

242.血液流动方向全身的血液经上、下腔静脉汇集到右心房，经右心室、肺动脉进入肺部进行氧合，再经肺静脉进入左心房、左心室，由左心室泵入主动脉，到全身的各器官、组织。其中，三尖瓣、肺动脉瓣、二尖瓣和主动脉瓣起着单向阀们的作用，使血液按一定方向流动。25

3.兴奋传导系统心脏有节律的收缩和舒张产生了心跳或心搏。心搏来自心肌的收缩。心肌收缩的特点是自主性和节律性。将构成人体心脏的心肌分成两种类型：一类是具有收缩功能的普通心肌，其中以左心室肌的收缩力最强；另一类是具有产生和传递兴奋功能，维持正常的节律，并保证房室舒缩固有协调的特殊心肌。由特殊心肌组成的系统叫作心脏的兴奋传导系统。它由窦房结、结间束、房室结、房室束以及浦肯野纤维等组成。26

窦房结是由静脉窦发展而来，位于右心房大静脉的入口附近，是一小块特化的心肌组织。窦房结是心脏的启搏器，它既能像心肌细胞一样收缩，又有比心肌快得多的传导功能。房室结位于两心房之间的中隔稍下右侧靠近心室处，其作用是将窦房结传来的冲动传到心室。窦房结和房室结之间以纤维状的结间束相连。房室结分出纤维状的房室束，即希氏束，进入心室中隔，分成左右两分支，分别在左右两心室内反复分支而分散到心室的内膜之下，形成一片网状的纤维，即浦肯野氏纤维。27284.心脏的节律运动过程

心脏有节奏的收缩动作节律，受位于右心房的特殊肌细胞的自发兴奋的电信号控制，即窦房结（起搏点）以大约72／s的频率进行自发去极化活动，所产生的动作电位通过神经传导到两个心房，使心房肌细胞去极化引起心房收缩把血液注入心室。接着动作电位传播到房室结，由希氏束和蒲肯野纤维把动作电位送到两个心室，使心室肌去极化发生收缩运动，推动血液进入体循环和肺循环，按此顺序周而复始。同时，窦房结的起搏频率还受植物神经系统的调控，根据身体内和外部的刺激作出反应，使起搏频率加快或减慢。

291.普通心肌细胞（工作细胞）：非自律细胞有兴奋性、传导性、收缩性，无自律性2.组成特殊传导系统的心肌细胞：自律细胞有兴奋性、传导性、自律性，无收缩性心肌细胞分类30按功能分：工作心肌细胞（workingcardiomyocyte）自律心肌细胞（autorhythmiccardiomyocyte）2.按电生理学特点：快反应非自律细胞（fastresponsenon-autorhythmiccell）快反应自律细胞（fastresponseautorhythmiccell）慢反应自律细胞（slowresponseautorhythmiccell）31

兴奋在心脏中的传导窦房结心房房室结His束房室束Purkinje纤维网心室32

动作电位及其形成机制心肌细胞的AP升支与降支不对称，复极过程复杂，持续时间长。且各部分心肌细胞AP的形态、波幅都不同。33心肌细胞动作电位模式图A：窦房结；B：心房肌；C：心室肌34心脏各部位心肌细胞动作电位图形特点及其与心电图波形的关系图中数字表示窦房结的兴奋冲动传至心脏不同部位时所需要的时间（秒）35工作心肌细胞----心室肌细胞动作电位0相：快速去极化1相：早期复极化2相：复极化平台期3相：完全复极化4相：恢复静息电位36心肌细胞动作电位各时相的离子机制(i)快速去极化相（0相）膜电流快速内流（几ms），由Na+流携带（INa

）37(ii)早期复极化相（1相）Na+通道失活，内向电流消失。短暂的K+外向电流，形成瞬时性外向离子电流（transientoutwardcurrent，Ito

）。

INa通道的失活和Ito通道的激活共同形成了1相。

Ito通道在激活后很快就失活关闭，故名“瞬时性”通道。Ito通道失活，K+电导下降，复极化速率下降。38(iii)复极化平台期（2相）内向电流、外向电流基本相等而抵消，膜电位保持在0mV附近，时程100ms左右。K+电导和Cl-电导产生的外向电流使膜复极化缓慢活化的Ca2＋通道开放，Ca2＋携带的内向电流使膜去极化而对抗复极化胞内Ca2＋大量积累39(iv)完全复极化相（3相）复极化速率加快，时程100－200msCa2＋通道活性下降，KCa开放，逐渐向外的K+电流占了优势，使膜快速复极化至静息电位(v)恢复（4相）钠－钾泵（Na+-K+Pump）钠－钙交换（Na+-Ca2+Exchange）钙泵（Ca2+Pump）主动运输过程，恢复静息状态的离子浓度40总结瞬时外向离子流（Ito），Ito的载荷离子是K+。延迟整流钾通道（delayedrectifierK+channel，IK通道）内向整流性钾通道（IK1）心室肌细胞AP的形成RapidinwardNa+current(INa)

0INaMembraneNa+/K+ATPaseNa+

K+2

ICaSlowinwardCa++currentICa1ITo3

IKr

IKs

IKur

IK14IK1OutwardK+currents(ITo;IKur;IKr;IKs;IK1)

IClOutward

Cl-currentICl42慢反应自律细胞的动作电位430期除极幅度低，幅值约70mv，速度慢。4期自动除极达阈电位（－40mv左右），激活慢Ca2+通道，使Ca2+内流增加，膜内电位由负变正，形成0期除极。443期复极没有1期和2期。最大复极电位为－60～－65mv。慢Ca2+通道逐渐失活，而K+通道激活，导致K+外流增加、Ca2+内流减少，膜逐渐复极并达最大复极电位。454期自动除极此期膜电位并不静息，而是负电位的绝对值自动逐渐减少。当除极达－40mv左右时激活慢钙通道，产生新的动作电位。46机制：由随时间而增长的净内向电流引起。（1）时间性的Ik通道逐渐失活，导致K+外流逐渐减少。（2）进行性增强的内向离子流If。If通道：在超极化时激活，是一种超极化激活的阳离子通道（hyperpolarization-activatedcationchannel，Ihchannel），允许Na+和K+通过，因此If电流是一种内向Na+流和外向K+流的混合离子流，但以Na+内流为主。（3）T型钙通道激活，钙内流。47心脏的不应期和超常期不应性：经历一个动作电位后，膜不能立即接收新的刺激产生另一个动作电位，这种特性叫不应性。原因：离子通道失活膜电位水平与阈值48绝对不应期：（0----55mV)无论多大刺激也不能诱发另一个可传播的动作电位相对不应期：(-55mV----80mV)用高于正常阈值的刺激可诱发可传播的动作电位。随时程的增大，所需刺激强度降低。超常期：(-80mV----90mV)稍低于阈值强度的刺激也能产生可传播的动作电位，只是峰值较正常的小（此时刺激细肌细胞，往往引起反复兴奋，导致肌纤维颤动，引起心肌兴奋节律紊乱，故亦称易损期）完全恢复时间：上述三者之和4950心电图简介（Electrocardiogram，ECG

）

在一个心动周期中，心脏各部分兴奋过程中的电位变化通过心脏周围的导电组织和体液，反映在体表，使身体各部位在一个心动周期中也发生有规律的电变化，可用一些电极在体表一定部位来记录下来，就是临床上常规的心电图。51心肌细胞的生物电与心脏的机械收缩活动无直接关系心电图的来源52

动作电位 心电图细胞内细胞外单个细胞整个心脏的心肌细胞细胞膜内外电位差体表两电极间电位差电位幅度大(可>100mV)幅度小(数mV)53PRsegment54P波：由左右两心房的去极化过程所产生QRS波群：代表左右两心室去极化过程的电位变化T波：是心室复极化过程中所发生的电位变化55静息电位不稳定，波动-55mV----60mV自律性慢波（基本电节律）和动作电位§3.2.3

平滑肌细胞的电活动561、消化道平滑肌的特征：

a、兴奋性(低)：收缩的潜伏、收缩、舒张期长

b、自动节律性（差）：离体收缩慢、节律不规则

c、紧张性

d、可伸展性

e、敏感于牵拉、温度、化学刺激；对电刺激不敏感。572、消化道平滑肌的电生理特征：（1）静息膜电位：不稳定、波动大。

幅值：-40--80mv

形成原因：

K+外流

Na+-K+泵的生电作用

58（2）慢波电位（基本电节律，basicelectrical

rhythm，BER）1）定义：在静息电位的基础上产生自发性