生理精品课程

5.1.---问题之三: 一个阈下刺激对可兴奋细胞会产生何种影响? 电紧张:电流穿过膜 时给膜带来的电学 变化,而非膜对电 流的生理学反应 (刺激伪迹).
从神经纤维外给予直 流电,电流在神经纤 维内流动情况
局部电位:阈下刺激时, 膜对阴极电紧张所 做出的一种去极化 反应
不同刺激强度对 细胞膜电位的影响
Goldman, Hodgkin, Katz
(环境温度为 37°C)
7. 钠-钾泵对RP的贡献 维持细胞内外离子浓度差 生电性活动
静息电位小结:
① 静息膜电位主要是K+的平衡电位(理论值-94 mV) ② RP的基础 ---- 膜内外离子不均衡分布和膜选择性
对K+的通透性
③ 钠-钾泵,Na+和Cl-对静息电位也有一定贡献,与
生物电现象
生物电信号的无创伤性采集
电鳐与电板器官示意图
(一)静息电位 1. 概述
神经纤维静息电位的记录
静息电位(resting potential, RP): 神经和肌(或其
它组织)细胞在静止情况下(未受刺激时),存在 于细胞膜内外两侧的电位差.
1. 概述
① 静息电位数值:-70 mV ② 不同种类细胞的静息电位: ③ 生物电与物理电: ④ 膜两侧分布着极性不同电荷的状态被称为膜处于极
49 43 37 15 10
410 360 110 125 140
40 --12 --
浓度单位:mmol/L
3. Bernstein 提出 RP 主要取决K+的平衡电位
化学势能 K+ (4.0 mM) 电势能 K+ (140 mM)
Nernst 方程: RT In EK= ZF [K+]i [K+]o
② 复极化(Repolarization):
细胞发生去极化后,又向原先的极化方向恢复 的过程,称为复极化 ③ 超射( Overshoot ):去极相中从膜内电位为零至 膜内电位为正的一段 ④ 超极化(Hyperpolarization):静息电位的数值向 -90 mV 膜内负值加大的方向变化时 -70 mV
6. 组织兴奋后兴奋性的变化
AP?
Sti 1
Sti 2
6.1 动作电位的时相
① 锋电位:动作电位的除极和复极过程的前半部分, ② 后电位:在锋电位下降支后,膜电位的缓慢和微小变化 ③ 后除极化:后电位的前半部分,膜仍处于轻度的除极状
态
④ 后超极化:后电位的后半部分,膜电位进入了一个轻度
超极化状态
�
3.1 Na+ 通道 ① 特异性阻断剂: TTX ② 电压门控性和时间依赖性: 电压感受器(-70 ~ -55 mV) ③ 通道的两个闸门: 激活门与失活门 三种状态:备用/关闭,开放与失活
a)细胞静息时通道的 备用状态(closed)
b)膜发生去极化反应 时(-55 mV),通 道开放,Na+内流 (activation)
后除极化早期 后除极化晚期
低常期
后超极化期
7. 兴奋在神经纤维上的传导 Propagation of AP 7.1. 神经纤维传导的一般特性
① 绝缘性 ② 双向传导 ③ 不衰减性 ④ 不融合性 ⑤ 不疲劳性
7.2. 神经传导的机制
① 动作电位在无髓鞘神经纤维的传导
局部电流
② 动作电位在有髓鞘神经纤维的传导
K+共同使神经元的 RP 值保持在 -70 mV左右
Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963
"for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane"
5. 刺激引起组织兴奋的条件 刺激的类型:
物理性 化学性 人工刺激:物理电刺激(刺激方波)
刺激引起兴奋的条件:
5.1. 刺激的强度 5.2. 刺激的持续时间 5.3. 刺激强度对时间的变化率 刺激强度变率:单位时间内电流强度的变 化比值 V/ t.
5.1. 刺激的强度
不同刺激强度对 神经纤维兴奋性 的影响
c)"链球"样结构 嵌入孔道,使得 通道处于失活状 态(inactivation)
d)复极化后期激活 门与失活门重新 恢复至备用状态
3.2 K+ 通道 ① 电压依赖性: ② 通道的两种状态: 关闭: 开放:缓慢激活 ③ 离子通道的多样性(P15) ④ 阻断剂: 四乙胺(TEA)
Nobel Prize in Physiology or Medicine 1991
局部电流 跳跃式传导
本次课学习内容回顾:
一,静息电位及其离子机制 二,动作电位 1. 基本概念 2. 离子机制 3. 离子通道 4. 兴奋与兴奋性 5. 刺激引起兴奋的条件 6. 细胞兴奋后兴奋性的变化 7. 兴奋在神经纤维上的传导
思考题: 1) 怎样证明可兴奋细胞动作电位的锋电位与 Na+有关? 2) 根据物理学知识,能否画出膜的等效电路图, 以及考虑膜电容对离子通道的影响?
[K+]o (37 °C ) = 61 lg +] [K i = 61 lg 4 140
= -94 mV
R, 气体常数 Z, 离子价 T, 绝对温度 F, Farady常数
4. Hodgkin和Huxley 证实了上述假设
枪乌贼巨神经纤维的静息电位记录
改变细胞外浸浴液K+浓度对蛙缝匠肌RP的影响
局部电位与动作电位特性有哪些不同? 动作电位 "全或无" 膜上作远距离的传播 不可叠加 局部电位 随阈下刺激的增大而增大 以电紧张扩部的形式传播 可叠加: 时间总和 空间总和
局部电位的叠加效应
5.1.---问题之四: 局部电位达到何种强度才能引起细胞产生动作电位? Na+通道的再生性激活 阈电位(Threshold Potential): 是一个临界膜电位,去极 化达到此点,Na+通道转化为 再生性激活,即形成正反馈 阈强度:能使膜的静息电位去 极化到阈电位的外加刺激 的强度.
不同刺激强度对 神经纤维兴奋性 的影响
动作电位的两个重要特性: 1) "全或无"性质: all or none principle, 动作电位一经出现,其幅度就达到一定的 数值,不因刺激的强度而随之增大. 2) 可传播性(不衰减性扩布):动作电位产生 后,并不局限于刺激部位,而是迅速向周围 传播,直至整个细胞的细胞膜都依次产生动 作电位
细胞外液中Na+浓度改变对枪乌贼巨大神经纤维AP的影响
c. 依据三(实验)--Voltage clamp(电压钳)
指令电压由-65 mV跃节升到-9 mV,观察膜电流的变化 (电压钳实验结果 )
用离子置换法将 枪乌贼巨轴突的离子电流 分开
电导(Conductance):
2.2 AP的降支形成机制
SCN5A KCNQ1 KCNJ2
疾病 长QT综合征
骨骼肌
SCN4A 高血钾性周期性麻痹 低血钾性周期性麻痹 CLC1 SCN1A KCNQ2
先天性肌强直 癫痫
神经系统
动作电位小结:
① 动作电位由除极相(上升支)和复极相(下降支)组
成;Na+内流形成动作电位上升支,Na+内流减弱, 而对K+外流形成动作电位下降支
2. AP的形成机制
2.1 AP的上升支形成机制 a. 依据一,动作电位的超射值为Na+的平衡电位(理论) [Na+]o RT ENa= ZF In [Na+] i = 61 lg = 61 lg [Na+]o [Na+]i 130 (37 °C )
10 = + 68 mV
b. 依据二(实验):
化状态(Polarization)
2. Na+,K+,Cl-在神经,肌肉细胞内外的分布
细胞内浓度
Na+, K+,Cl-
细胞外浓度
Na+, K+,Cl440 450 110 110 130 22 17 2.6 2.6 4.0 560 540 77 77 120
枪乌贼的神经纤维 乌贼 的神经纤维 蛙 的 神 经 蛙 的 肌 肉 狗 的 肌 肉
6. 钠离子和氯离子通透性对RP的影响 pK [K+]o + pNa [Na+]o + pCl [Cl-]i Vm= 61 log pK [K+]i + pNa [Na+]i + pCl [Cl-]o PK >> PNa & PCl Vm= 61 log [K+]o [K+]i GHK equation
"for their discoveries concerning the function of single ion channels in cells"
Erwin Neher
Bert Sakmann
3.3. 离子通道病 与人类遗传性疾病相关的离子通道 组织/器官 心脏 通道类别 Na+通道 K+通道 Na+通道 Cl-通道 Na+通道 K+通道 基 因
动作电位的组成及其兴奋性周期的对应关系
AP时相与细胞的兴奋性的关系 变化周期 绝对不应期 ARP 相对不应期 RRP 超常期 时 程 锋电位 兴奋性变化 兴奋性 = 0 Na+ channel inactivated 兴奋性 < 正常, Na+ channel 兴奋性 > 正常, MP接近阈电位 兴奋性 < 正常, MP远离阈电位