生理课件第二节细胞的电活动

第三节.细胞的电活动BioelectricityofCell

Physiology2-22生物电;生物电现象：电鱼击人;临床应用的生物电：心电图、脑电图跨膜电位〔transmembranepotential〕静息电位(restingpotential,RP)动作电位(actionpotential,AP)一、膜的被动电学特性和电紧张电位〔一〕膜电容〔Cm)和膜电阻(Rm)膜电导G膜电阻Rm〔二〕电紧张电位〔electrotonicpotential)由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位称为电紧张电位。二、静息电位及其产生机制〔一〕静息电位Restingpotential(RP)RP：静息状态下，存在于膜内外两侧的电位差;是一种稳定的直流电位。测量：

2-24Physiology图2-8神经纤维跨膜电位的记录A：神经纤维跨膜电位记录的实验布置；B：有髓鞘神经纤维动作电位

正常值：-10~-100mV

乌贼巨大神经轴突、蛙骨骼肌细胞：-50~-70mV；

高等哺乳类动物的神经和肌细胞：-70~-90mV；

人的红细胞：-6~-10mV。2-25细胞膜状态：极化〔polarization〕去极化〔depolarization〕复极化〔repolarization〕超极化〔hyperpolarization〕Physiology〔二〕静息电位的产生机制膜学说(Beinstein,1902)：细胞膜内外离子分布的不均匀和细胞膜对不同离子通透性的不同；实验证据(Hodgkin,1939)：利用枪乌贼巨轴突，测出了真正的静息电位。2-26Physiology1．K+外流：条件：〔1〕细胞膜内、外K+的浓度差：30：1〔2〕细胞膜对K+的通透性：静息时大

产生：

K+

K+K+K+K+K+Pr_Pr_Pr_+++++++_______电-化平衡状态〔K+equilibrium〕2-27

K+平衡电位（K+equilibriumpotential,Ek）Nernstequation：RTZF[K+]o

[K+]i

[K+]o

[K+]i

Ek=In=60log(mV)

R:气体常数T:绝对温度Z:离子化合价F:Farady常数Physiology哺乳类动物，大多数细胞：Ek=-90~-100mVExperiment:改变胞外K+浓度，RP随之改变。

2-282．Na+的扩散3.Na+-K+泵(electrogenicsodiumpump)的产电作用;3Na+：2K+〔超极化〕Physiology三、动作电位及其产生机制2-29〔一〕动作电位Actionpotential(AP)Actionpotential(AP〕：细胞接受刺激时，在静息电位根底上，发生的一次迅速、短暂、可逆的、可扩布性的电位变化。mesurement：Physiology2-30锋电位(spikepotential)后电位(after-potential):负后电位(negativeafter-potential)正后电位(positiveafter-potential〕Normalvalue：90~130mV上升支：去极化（depolarization）;超射（overshot）下降支:

复极化（repolarization）

Physiology

all-or-none(全或无)：同一细胞动作电位大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象;动作电位的产生和传导〔二〕产生机制ThemechanismofAPgeneration1.电化学驱动力内向电流---去极化外向电流---超极化、复极化对Na+的电化学驱动力Em-ENa+=-70mv-(+60mv)=-130mv对K+的电化学驱动力Em-EK+=-70mv—90mv=+20mv2.动作电位期间膜电导的变化GNa+=INa+/Em-ENa+GK+=IK+/Em-Ek+〔二〕产生机制ThemechanismofAPgeneration图2-9K+、Na+和Cl﹣的平衡电位与静息电位和动作电位的关系EK、ENa和ECl分别为K+、Na+和Cl﹣的平衡电位；RP:静息电位；AP:动作电位Na+平衡电位〔Na+equilibriumpotential〕Nerstequation：ENa

=60log(mV)=50-70mV[Na+]o

[Na+]o

巨大神经哺乳动物mmol/L145mmol/L50mmol/L5-15mmol/LPhysiology2-32实际测定：AP峰值40-50mV

改变细胞外Na+浓度，

AP随之改变。〔二〕产生机制ThemechanismofAPgeneration膜学说(Beinstein,1902)实验证据(Hodgkin,1939)2-311.去极化〔depolarization〕：Na+内流：内向电流条件：〔1〕胞内外Na+的浓度差〔2〕膜对Na+的通透性过程：Na+大量内流〔再生性循环，regeneration〕Na+通道阻断剂(tetrodoxin,TTX)Physiology2.复极化〔repolarization〕

Na+通道失活(inactivation)Physiology2-33K+通道激活(Activation)：·条件：〔1〕胞内外K+的浓度差〔2〕膜对K+的通透性·过程：K+外流〔外向电流〕3.后电位After-potential:负后电位〔afterdepolarization〕:K+外流暂时阻滞正后电位〔afterhyperpolarization〕：生电性Na+泵

Physiology2-41H-Hmodel(Hodgkin&Huxley):Na+channel

recovery(复活〕Physiology2-40inactiveactiveinactivation(失活)restingactivation(激活)

Stateofchannel:〔二〕Methodforionchanelstudy1.voltageclamptechnique〔电压钳〕Cole&Manent;Hodgkin＆Huxley(1963Nobelprize)Fig1Physiology2-42电压钳技术:

电压固定技术

·适用于直径较大的细胞。

·确定内向或外向电流后，应用阻断剂。ResultofvoltageclampexperimentPhysiology2-43Physiology2-44Resultofvoltageclampexperiment2.patchclamptechnique〔膜片钳〕Neher＆sakmann(1976;1991Nobelprize)Fig2膜片钳技术:小片膜钳制术·电极尖端与细胞膜高阻抗封接〔千兆欧，giga-seal〕Physiology2-45全细胞〔Whole-cell〕记录Physiology2-46单通道〔Singlechannel〕记录：电流小〔pA,10-12A〕;开放概率、平均开放时间、平均关闭时间(三)动作电位的引起和传导APgenerationandconduction

Physiology2-34ThresholdpotentialandSpikepotentialgeneration·thresholdpotential〔阈电位〕：能诱发动作电位〔钠通道通透性急剧增加〕的去极化临界膜电位数值。Effect：触发作用〔trigger,firinglevel〕Physiology2-35Normalvalue：比静息电位绝对值低10~20mV(神经、骨骼肌：-50~-70mV)3.APconduction：·localcurrent(局部电流)

Physiology2-37Saltatoryconduction(跳跃式传导,有髓鞘神经纤维〕四、局部电位局部兴奋Localexcitation〔局部反响〕Physiology2-36Characteristic：〔1〕不表现“全或无〞，幅度虽刺激强度而变化；〔2〕电紧张性传播：距离小1毫米–几毫米；〔3〕总和：空间总和；时间总和Significant：体内正常兴奋产生〔终板电位，感受器电位，突触后电位〕五、组织的兴奋和兴奋性(Excitationandexcitabilityoftissue)〔一〕兴奋和兴奋性excitationandexcitabilityexcitation〔兴奋〕：细胞对刺激发生的反响；产生动作电位的过程Physiology2-47excitablecell〔可兴奋细胞〕：产生动作电位的细胞；神经细胞、肌细胞和腺细胞excitability〔兴奋性〕：细胞接受刺激后，产生动作电位的能力。〔二〕组织的兴奋性和阈刺激Stimulus(刺激)：机体内外环境的变化Physiology2-48

刺激三要素：刺激强度(intensity)；刺激持续时间(duration)；强度-时间变化率强度-时间曲线〔strength-durationcurve〕:类似双曲线的曲线常用矩形电脉冲：〔1〕强度-时间变化率大而固定；〔2〕振幅、波宽任意可调；〔3〕对组织无损伤Physiology2-49阈强度〔thresholdintensity)或阈值〔threshold〕：引起组织兴奋的最小刺激强度阈刺激(thresholdstimulus)；阈上刺激(suprathresholdstimulus)；阈下刺激(subthresholdstimulus)衡量兴奋性的指标：反变关系

1.absoluterefractoryper